Tricotar e esticar

O que terremotos, robótica e jumpers têm em comum?Samuel Poinclouxexplica por que a resposta está no tricô - e como o alongamento de um material tricotado está enraizado na mecânica

Se você já fez um doutorado em física, saberá que geralmente começa com muitas leituras básicas, aprendendo a usar o equipamento de seu laboratório e talvez até realizando alguns experimentos provisórios. Meu doutorado foi um pouco diferente. Comecei assistindo a vídeos do YouTube para melhorar meu bordado.

O projeto que aceitei na École Normale Supérieure de Paris era sobre a mecânica das malhas. A pesquisa teria dois lados: um teórico para determinar quais equações descreviam o sistema; e um experimental para testar mecanicamente malhas reais para orientar e verificar a teoria. O problema é que eu mal sabia o que era malha quando aceitei o projeto.

Rapidamente aprendi que existem diferenças – tanto estruturais quanto mecânicas – entre uma malha (como um suéter, cachecol ou gorro) e uma trama (como uma toalha de mesa, camisa ou calça jeans). Na verdade, essas diferenças são fáceis de demonstrar. Se você vestir o jeans, notará que o tecido quase não se deforma. Puxe um jumper de malha, em contraste, e ele pode ser alongado sem esforço em até duas vezes o seu comprimento. A elasticidade de uma malha também é óbvia se você envolvê-la em algo: ao esticar localmente, uma malha pode se ajustar a formas complexas; um tecido, no entanto, tem que dobrar para se conformar a ele.

As discrepâncias entre malhas e tramas são verdadeiras, mesmo que sejam feitas do mesmo fio. Isso porque é a estrutura de como o fio é entrelaçado que dita o comportamento mecânico, não a composição precisa do material. Como logo aprendi em meu doutorado, um tecido é feito de dois feixes de fios que se entrelaçam perpendicularmente (figura 1a). Puxar um tecido, portanto, não é muito diferente de puxar um único fio.

Tecidos de malha, no entanto, são geralmente feitos de um único fio moldado em uma rede de laços chamados pontos (figura 1b). Puxar uma malha é, portanto, equivalente a deformar os laços e não puxar diretamente o próprio fio. Este mecanismo ilustra como diferentes estruturas entrelaçadas podem afetar a mecânica de um tecido.

Devo deixar claro que meus colegas pesquisadores e eu não fomos os primeiros a nos perguntar como uma malha se deforma. Qualquer pessoa que tricota por diversão precisa de um profundo conhecimento empírico da estrutura e mecânica da malha. O conhecimento de malhas também é importante na indústria – e não apenas para o setor de vestuário. Pode, por exemplo, ser utilizado para reforçar compósitos em aviões, automóveis ou comboios.

Os primeiros estudos sobre a mecânica da malha começaram na década de 1960. Inspirada por engenheiros mecânicos, a pesquisa envolveu a modelagem do caminho exato de um fio em um ponto para determinar como esse fio se deformava se fosse levemente puxado. Este trabalho forneceu algumas equações bonitas, mas elas descreveram apenas um ponto e não um tecido inteiro.

Estudos mais recentes foram incentivados pela comunidade gráfica, o que pode parecer estranho, mas os personagens animados também devem estar vestidos adequadamente. Este trabalho levou a uma abordagem totalmente numérica (ACM Transactions on Graphics 31 4), que parte do fio e vai até a malha inteira. Forneceu uma mecânica muito realista, mas não forneceu uma expressão analítica das constantes mecânicas dos tecidos, nem revelou a interação entre parâmetros estruturais (por exemplo, tamanho do ponto) e parâmetros materiais (como a rigidez do fio).

Meu doutorado, portanto, envolveu olhar entre esses dois extremos, onde há uma lacuna em nosso entendimento. Eu queria descobrir se podemos obter equações para descrever diretamente a mecânica de um tecido inteiro e, ao mesmo tempo, definir o papel dos parâmetros individuais.

Duas questões importantes surgiram no início de minha busca por respostas. Em primeiro lugar, apesar dos tutoriais do YouTube e de alguns conselhos preciosos da minha avó, minhas primeiras malhas eram terríveis e inúteis para testes adequados. O segundo problema era que o número de parâmetros nas malhas comumente usadas é colossal, porque mesmo os fios mais padronizados são objetos incrivelmente complicados.