【本報訊】據阿根廷布宜諾賽勒斯經濟新聞網4月20日報導,任何需要梳頭的人都知道,頭髮打結是一場噩夢。但是,如果有足夠的經驗,大多數人都能學會付出最少的痛苦來解決打結問題:從低處開始,用短而輕柔的梳子沿著頭皮向上梳,並在需要時塗抹一些潤發劑。

拉克什米納拉亞南·馬哈德萬是哈佛大學的應用數學教授。多年前,他在給女兒梳頭時學習了梳頭技巧。“我記得防頭髮打結的噴霧有時會起作用,但我仍然要小心地輕輕梳理,”馬哈德萬說,“但很快我就被‘解雇’了,因為我不是很有耐心。”

儘管馬哈德萬失去了梳頭的“工作”,但他是一名科學家,而解決頭髮打結問題涉及的拓撲學、幾何學和力學因素引發了一些有趣的數學問題,而這些問題對多種應用非常重要,包括紡織品製造和聚合物加工等化學過程。

在發表於《軟物質》雜誌上的一篇新文章中,馬哈德萬與合著者湯瑪斯·普拉姆-雷耶斯和尼古拉斯·查理斯研究了梳頭中的數學,並解釋了為什麼這麼多人使用的梳頭技術是解開打結纖維的最有效方法。

為了簡化問題,研究人員模擬了兩條螺旋纏繞的細絲,而不是一頭秀髮。哈佛大學約翰·保爾森工程和應用科學學院的研究生普拉姆-雷耶斯說:“使用這個最小化的模型,我們通過沿雙螺旋移動的單個硬尖齒研究了雙螺旋的解纏結,在其尾跡中留下了兩條未纏結的細絲。我們測量了與梳理頭髮相關的力和形變,然後對其進行了數值模擬。”

同為該學院研究生的查理斯說:“根據對梳頭過程的類比,從自由端開始向固定端的短行程梳理,通過產生被稱為‘鍵密度’的數學量的流動來消除纏結,‘鍵密度’表現了纏結在一起的頭髮數量。”研究人員還希望確定梳子每次移動的最佳最小幅度:如果幅度太小,永遠也無法梳理所有纏結,而如果幅度太大,則會導致過於疼痛。

馬哈德萬團隊研究的梳頭數學原理最近被麻省理工學院的丹妮拉·魯斯教授和她的團隊用於設計梳頭機器人的演算法。這款名為RoboWig的機器人配備了一個攝像頭,可幫助“查看”和評估頭髮的纏結,以計畫和進行輕柔且省時的梳頭。

麻省理工學院電腦科學和人工智慧實驗室的博士後、RoboWig研究論文的第一作者喬茜·休斯解釋說:“通過開發纏結纖維模型,我們從基於模型的角度理解了應該如何梳頭。”

她補充說:“從發梢開始,慢慢向上梳,以避免纖維‘堵塞’。這是每個經常梳頭的人都能從經驗中學到的東西,但現在我們可以通過模型來展示它,並教會機器人梳頭。” 【編輯:王京】

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