针织和钩织物由单根纱线制成且无结，一根松线就可能导致整体脱散。数学家利用结理论对织物图案进行拓扑分类，可设计出抗脱散的针织结构。
与机织织物不同，在针织物或钩织物中，拉动一根松脱的线头就可能导致整件织物完全脱散。这是因为一块针织或钩织面料通常由单根纱线编织而成，其结构中不包含任何结点。一旦某个线圈断裂，相邻线圈失去支撑，就会沿着纵向依次解体，形成一条像梯子一样的裂缝，这就是令人头疼的脱散或抽丝现象。
如今，数学家为这个日常问题找到了系统的理论解决方案。Shimamoto等人在《物理评论X》上发表的研究表明，结理论这一数学分支可以用来分类某种纺织品图案是否可以通过针织或钩编实现，以及该织物是否会因一个缺陷而脱散。更重要的是，这一理论可以用来设计抗脱散的针织物。
结理论是拓扑学的一个分支，研究数学上的结在连续变形下保持不变的性质。研究人员将针织结构抽象为拓扑对象，分析纱线在三维空间中的穿插和环绕方式。他们发现，不同的针织图案对应不同的拓扑结构，而这些结构的性质直接决定了缺陷是否会沿着织物传播。
通过这种拓扑分类，研究人员可以精确预测：哪些图案在出现一个断线圈后会迅速脱散，哪些图案能够将缺陷局限在局部而不蔓延。基于这一原理，他们设计出了新的针织图案，即使出现局部损坏，也不会像传统针织物那样一拉到底。这些防脱散图案在保持针织品柔软、弹性等优良特性的同时，大幅提升了结构稳定性。
这一发现不仅有学术价值，还有广泛的实际应用前景。从日常的丝袜、毛衣到工业用安全纺织品、医用绷带和织物、航空航天用轻质材料，抗脱散性能都是关键指标。如果能通过数学设计从根本上解决针织品的脱散问题，将大幅提升各类针织产品的耐用性和可靠性，减少浪费和更换成本。
研究还揭示了针织与钩编之间的本质拓扑差异。虽然两者都使用单根纱线操作，但钩织物的线圈结构在拓扑上与针织物不同，这解释了为什么某些钩织物比针织物更不容易脱散。这一认识为纺织品设计师提供了更精确的理论工具，可以根据具体应用场景的需求，选择最合适的编织方式和图案组合。
此外，这项研究还为智能纺织品和可穿戴技术的发展开辟了新思路。在电子织物中，一个局部缺陷可能导致整个电路失效，而基于拓扑理论的抗脱散设计可以确保导电纱线网络的稳定性。未来，数学与纺织工程的交叉融合可能催生更多兼具功能性和耐用性的新型材料。
原文：https://www.nature.com/articles/d41586-026-02466-9