Geometrically frustrated rose petals

花瓣 变形 尖点(奇点) 高斯 几何学 物理 数学 生物 计算机科学 植物 计算机图形学(图像) 量子力学
作者
Yafei Zhang,Omri Y. Cohen,Michael Moshe,Eran Sharon
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:388 (6746): 520-524 被引量:2
标识
DOI:10.1126/science.adt0672
摘要

Growth and form are deeply interconnected, in a manner often mediated by mechanical instabilities arising from geometric incompatibilities. Although Gauss incompatibility has long been recognized as the source of morphing in naturally growing slender organs, here we show that the growth profile of rose petals remains Gauss compatible. Their distinctive shape emerges from a different type of geometric incompatibility, the Mainardi-Codazzi-Peterson (MCP) incompatibility, which leads to the formation of localized cusps along the petal margins. We validated this mechanism in model disc petals theoretically, computationally, and experimentally. Our study reveals distinct morphological regimes, ranging from smooth edges to cusp-forming configurations, and demonstrates how stress focusing at cusps influences subsequent petal growth. These findings position MCP incompatibility as a generic mechanism for cusp formation in both natural and manmade self-morphing sheets.
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