墨滴从悬浮在半空中的笔尖落下，接触到绘画的表面，绽放出千变万化的美感杰作。它编织出一幅复杂且不断演变的图案的挂毯。其中一些像分支的雪花、雷电或神经元，低声诉说着艺术家视觉的独特表达。
冲绳科学技术研究所(OIST)的研究人员着手分析这种令人着迷的技术(称为树突状绘画)的物理原理。他们从日本媒体艺术家AkikoNakayama的艺术作品中汲取灵感。该工作发表在《PNASNexus》杂志上。
在现场绘画表演中，她将与酒精混合的彩色丙烯酸墨水滴涂在涂有一层丙烯酸涂料的平坦表面上。美丽的分形——在不同尺度上重复出现的树状几何形状，在自然界中经常出现——出现在观众的眼前。这是一种由创造力和流体动力学物理学驱动的迷人艺术形式。
丙烯酸涂料分形实验。
“我对中谷宇吉郎和寺田虎彦这样的科学家深感钦佩，他们对科学和艺术都做出了卓越的贡献。我很高兴能与OIST物理学家ChanSanTo联系。我很羡慕他‘对话’的能力。”’与树突模式，观察它们如何根据不同的方法改变形状。听到这个秘密对话是令人愉快的，”中山解释道。
“画家经常利用流体力学来创作独特的作品。我们在大卫·阿尔法罗·西凯罗斯、杰克逊·波洛克和土佐直子等人身上看到过这种情况。在我们的实验室里，我们复制和研究艺术技巧，以了解这些特征是如何产生的。OIST力学和材料部门的教授艾略特·弗里德(EliotFried)说道，他喜欢从艺术和科学的角度观察树突状绘画。
在树枝状绘画中，由墨水和酒精制成的液滴会受到各种力的作用。其中之一是表面张力——这种力使雨滴呈球形，并使树叶漂浮在池塘表面。
特别是，由于酒精比水蒸发得更快，它会改变液滴的表面张力。流体分子倾向于被拉向液滴边缘，与中心相比，液滴边缘具有更高的表面张力。这被称为马兰戈尼效应，与形成酒泪的现象相同，酒泪是旋转或倾斜后在酒杯内部形成的酒滴或条纹。
其次，底层的颜料层在这种艺术技巧中也起着重要的作用。陈博士测试了各种类型的液体。为了出现分形，液体必须是在剪切应变下粘度降低的流体，这意味着它的行为必须有点像番茄酱。
众所周知，除非摇晃，否则很难将番茄酱从瓶子中取出。发生这种情况是因为番茄酱的粘度根据剪切应变而变化。当您摇动瓶子时，番茄酱的粘稠度会降低，从而更容易将其倒到盘子上。这如何应用于树突绘画?
“在树枝状绘画中，膨胀的墨滴会剪切下面的丙烯酸涂料层。它不像番茄酱瓶的晃动那么强烈，但它仍然是剪切应变的一种形式。与番茄酱一样，压力越大，墨滴更容易流动，”陈博士解释道。
“我们还表明，这种树突状绘画技术背后的物理原理类似于液体在多孔介质(例如土壤)中移动的方式。如果你在显微镜下观察丙烯酸涂料的混合物，你会看到一个微观结构网络由聚合物分子和颜料制成。墨滴倾向于通过这个底层网络，穿过阻力最小的路径，从而形成树状图案，”弗里德教授补充道。
每个树突印刷品都是独一无二的，但艺术家至少可以考虑两个关键方面来控制树突绘画的结果。第一个也是最重要的因素是表面上涂料层的厚度。陈博士观察到，当油漆层薄于半毫米时，就会出现精细的分形。
要实验的第二个因素是该油漆层中稀释介质和油漆的浓度。陈博士使用三份稀释介质和一份油漆，或两份稀释介质和一份油漆获得了最详细的分形。如果涂料浓度较高，液滴就不能很好地扩散。反之，如果涂料浓度较低，就会形成模糊的边缘。
这并不是力学和材料部门成员开展的第一个科学与艺术结合的项目。例如，他们在OIST校园设计并安装了一个移动雕塑。该雕塑展示了该单元发明的一系列机械装置，称为莫比乌斯万花环，它可以为设计具有新颖电子特性的化合物提供指导。
目前，陈博士还在开发新方法来分析素描或绘画的复杂性在创作过程中如何演变。他和弗里德教授乐观地认为，这些方法可以用来揭示实验捕获或数字生成的流动流体图像中的隐藏结构。
“为什么我们要把科学局限于技术进步?”陈博士想知道。“我也喜欢探索它推动艺术创新的潜力。我从事数字艺术，但我真的很欣赏传统艺术家。我真诚地邀请他们尝试各种材料，如果他们有兴趣合作和探索物理，请与我们联系隐藏在他们的艺术作品中。”
在家创作树突状绘画的说明
每个人都可以享受创作树突绘画的乐趣。所需材料包括非吸收性表面(玻璃、合成纸、陶瓷等)、刷子、发刷、外用酒精(异丙醇)、丙烯酸墨水、丙烯酸涂料和浇注介质。
将一份丙烯酸涂料稀释为两份或三份浇注介质，或测试其他比例以查看结果如何变化
使用毛刷将其均匀地涂抹在非吸收性表面上。OIST物理学家发现油漆的厚度会影响结果。为了获得最佳的分形效果，建议使用厚度小于半毫米的涂料。
将外用酒精与丙烯酸墨水混合。不同品牌的墨水密度可能不同：尝试以不同比例混合酒精和墨水
当白色油漆仍然湿润(尚未干燥)时，使用刷子或其他工具(例如竹棍或牙签)涂抹一滴墨水和酒精混合物。
欣赏您的杰作在您眼前的发展。
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