Skelettet med havsvampe inspirerede forskere til at skabe en ny type materiale

I deres undersøgelse fandt forskerne ud af, at svampens diagonale forstærkningsstrategi giver

højeste knækmodstand forgivet mængde materiale af hendes krop. "Vi kan skabe stærkere og mere modstandsdygtige strukturer ved intelligent at omarrangere eksisterende materiale i strukturen," forklarer Matheus Fernandez, en kandidatstuderende ved SEAS og førsteforfatter af papiret.

”På mange områder, såsom luftfartteknik, styrke / vægt-forhold er kritisk, ”tilføjer James Weaver, SEAS Senior Scientist og medforfatter. "Denne biologi-inspirerede geometri kunne give en køreplan for udvikling af lettere, stærkere strukturer til en bred vifte af applikationer."

Skelet af Euplectella aspergillum, en dybhavssvamp. Kredit: Video med tilladelse fra Harvard Teaching Lab.

Hvis du nogensinde har gået over en overdækket broeller at sammensætte en metalhylde til opbevaring af ting, har du set diagonal gitterarkitektur. Denne type design bruger mange små, tætte diagonale bjælker til jævnt at fordele de påførte belastninger. Denne geometri blev patenteret i begyndelsen af ​​1800-tallet af arkitekten og bygningsingeniøren Ithiel Town, der ønskede at skabe stærke broer fra lette og billige materialer.

Byen har udviklet en enkelog en økonomisk måde at stabilisere kvadratiske gitterstrukturer, som stadig bruges i dag. Det får arbejdet gjort, men det er ikke optimalt, hvilket resulterer i spild eller spild af materiale og begrænset byggehøjde. "Et af hovedspørgsmålene bag denne forskning var, om vi kunne gøre disse strukturer mere effektive med hensyn til materialefordeling. i sidste ende bruger mindre materiale for at opnå den samme styrke?« forklarer Fernandez.

Glassvampe, gruppe, som den tilhørerEuplectella aspergillum, også kendt som Venus's Flower Basket, havde en start på næsten en halv milliard år inden for forskning og udvikling. For at understøtte sin rørformede krop bruger Euplectella aspergillum to sæt parallelle diagonale skeletstænger, der krydser hinanden og smelter sammen med det underliggende firkantede net for at danne et holdbart skakbrætmønster.

Komposit gengivelse, der går fraglassvamprude til venstre til det svejsede armeringsgitter til højre, understreger undersøgelsens biologiske natur. Kredit: Billede med tilladelse fra Peter Allen, Ryan Allen og James K. Weaver / Harvard

”Vi har studeret sammenhængen mellem struktur og funktion i svampeskeletalsystemer i over 20 år, og disse arter forbløffer os,” understreger Weaver.

Under simuleringer og eksperimenterforskerne replikerede designet og sammenlignede svampens skeletarkitektur med den eksisterende gittergeometri. Svampens design har overgået dem alle og modstå tungere belastninger. Forskerne viste, at den parrede, parallelle, tværdiagonale struktur forbedrede den samlede strukturelle styrke med mere end 20 procent uden behov for at tilføje yderligere materiale for at opnå denne effekt.

Læs også

I økosystemernes æra: hvordan it-giganter bliver til grænseflader i vores hverdag

Dommedagsbreen viste sig at være farligere end forskere troede. Vi fortæller det vigtigste

GitHub har erstattet udtrykket "master" med en neutral ækvivalent