Исследователи описали фундаментальный принцип, благодаря которому на гладких растущих поверхностях - листьях, лепестках или коже внезапно образуются складки. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Выяснилось, что по мере роста и накопления кривизны система достигает точного порога, за которым дальнейшее сохранение гладкой формы становится математически невозможным. В этот момент возникает так называемая геометрическая фрустрация: материал спонтанно формирует регулярный узор из конусообразных вмятин, сбрасывая накопившееся напряжение. Это происходит автономно, без внешнего воздействия, и зависит только от общей топологии и связности объекта. Если сделать на материале всего один надрез, напряжение спадает, и он снова становится гладким.

Описанный учеными принцип не только объясняет формирование сложных природный структур, но и открывает новые возможности для инженеров в разработке "умных" материалов, способных контролируемо изменять форму, что важно для мягкой робототехники. Ученые обращают внимание, что открытый ими принцип описывает именно "морщины роста", а не последствия возраста. Принцип помогает понять, как фундаментальная геометрия заставляет любой гибкий материал (включая нашу кожу) складываться в определенные узоры, но на борьбу с морщинами физики не претендуют.

"Это прекрасный пример того, как, казалось бы, абстрактные математические концепции - в данном случае топологические и геометрические ограничения на поверхностях - напрямую управляют физической системой. По-видимому, именно такие принципы отвечают за большую часть морфологического богатства, которое мы находим в природе", - отмечает соавтор работы профессор Эран Шарон.