¿Cómo dobla estructuras?

¿Qué significan las circunvoluciones del cerebro, la aparición de las arrugas, la formación de cadenas montañosas, y las huellas dactilares tienen en común? Todas estas estructuras, aunque muy diferentes, el resultado del mismo proceso: la compresión de una «membrana rígida». Un equipo franco-belga la participación de la Comisión de Estadística Laboratorio de Física (Laboratorio de Física Estadística, CNRS / ENS París / UPMC / Universidad Paris Diderot) y las interfaces y Laboratorio de Fluidos Complejos de la Universidad de Mons, en Bélgica han arrojado luz sobre uno de los misterios que subyacen la formación de tales estructuras plegadas. Este trabajo hará que sea posible entender mejor y por lo tanto predecir su aparición.Se publica en la revista Nature Physics .

Toma una hoja delgada de un material sólido y tratar de comprimir de tal manera que se mantiene plana. Usted no tendrá éxito, ya que las curvas de hoja de manera sistemática en toda su longitud. Esto se conoce como pandeo. Ahora pega la misma hoja en un sustrato blando, grueso y comprimir de nuevo de la misma manera: esta vez, se forma un patrón muy regular de pequeñas arrugas que se caracterizan por una cierta distancia entre ellos, llamado el período (ver imagen inferior). Usted puede ver estos pliegues regulares mediante la compresión de la piel en la parte superior de su mano entre el pulgar y el índice, o dejando un pedazo de fruta se secan.

Si en esta etapa que continuará para comprimir la hoja, un fenómeno totalmente nuevo e inesperado ocurre. Los pliegues formados se dividen en dos familias: en uno de ellos la amplitud aumenta, mientras que en la otra disminuye (ver imagen inferior).Uno de cada dos veces se concentra toda la energía de deformación, la creación de una estructura con un período que es el doble del período inicial. Si aumentan aún más la compresión, el mismo proceso comienza de nuevo, dando lugar a un aumento de cuatro veces en el período inicial, y así sucesivamente. En un enfoque particularmente original, los investigadores han demostrado que el mismo mecanismo regula la aparición de tal duplicación del período tanto en estructuras plegadas y en el movimiento de vaivén de los sistemas oscilantes como un péndulo con longitud variable (como el enorme quemador de incienso en la catedral de Santiago de Compostela, el Botafumeiro), o una hamaca. Hay así una similitud entre las ecuaciones que describen oscilaciones en el espacio (como en estructuras plegadas) y oscilaciones en el tiempo (como en péndulos de longitud variable).

Este ejemplo forma parte de un contexto más amplio: los investigadores tratan de explicar la morfogénesis inducida por la inestabilidad mecánica. Este fenómeno ocurre a menudo en la naturaleza, tales como cuando el plegamiento de los estratos geológicos da lugar a montañas, o cuando el tejido vivo está formada de dos capas que crecen a tasas diferentes (como en el cerebro, piel e intestinos). El enfoque aquí utilizado por los científicos pone de manifiesto las conexiones subyacentes entre fenómenos aparentemente no relacionados. El nuevo modelo teórico desarrollado por los investigadores, será más fácil de entender y por lo tanto, predecir la aparición de estas estructuras plegadas. Este trabajo también podría tener repercusiones en los ámbitos tecnológicos, ya que abre el camino para el desarrollo de nuevos métodos de fabricación de micro a la cuestión del modelo mediante la creación de regulares dimensiones micrométricas estructuras.

 

Estructuras plegadas


© Fabián Brau


 

Referencias:

Múltiple escala de longitud inestabilidad elástica imita la resonancia paramétrica de osciladores no lineales. Fabián Brau, Hugues Vandeparre, Sabbah Abbas, Poulard Christophe, Boudaoud Arezki y Damman Pascal. Nature Physics. 31 octobre 2010.

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