In ihrer Studie stellten die Wissenschaftler fest, dass die diagonale Verstärkungsstrategie des Schwamms dafür sorgt
„In vielen Bereichen wie der Luft- und RaumfahrtTechnik, Kraft-Gewichts-Verhältnis ist entscheidend “, fügt James Weaver, Senior Scientist und Co-Autor von SEAS, hinzu. "Diese von der Biologie inspirierte Geometrie könnte eine Roadmap für die Entwicklung leichterer, stärkerer Strukturen für eine Vielzahl von Anwendungen liefern."
Skelett von Euplectella aspergillum, einem Tiefseeschwamm. Bildnachweis: Video vom Harvard Learning Lab.
Wenn Sie jemals über eine überdachte Brücke gegangen sindWenn Sie ein Metallregal zum Aufbewahren von Dingen zusammenstellen, haben Sie eine diagonale Gitterarchitektur gesehen. Diese Art der Konstruktion verwendet viele kleine, eng beieinander liegende diagonale Träger, um die aufgebrachten Lasten gleichmäßig zu verteilen. Diese Geometrie wurde im frühen 19. Jahrhundert vom Architekten und Bauingenieur Ithiel Town patentiert, der starke Brücken aus leichten und billigen Materialien herstellen wollte.
Die Stadt hat ein einfaches entwickeltund eine wirtschaftliche Möglichkeit zur Stabilisierung quadratischer Gitterstrukturen, die auch heute noch angewendet wird. Es erledigt die Arbeit, ist aber nicht optimal, was zu verschwendetem oder verschwendetem Material und einer begrenzten Gebäudehöhe führt. „Eine der Hauptfragen dieser Forschung war, ob wir diese Strukturen hinsichtlich der Materialverteilung effizienter gestalten können. letztendlich weniger Material verwenden, um die gleiche Festigkeit zu erreichen?“ erklärt Fernandez.
Glasschwämme, Gruppe, zu der es gehörtEuplectella aspergillum, auch bekannt als Venus 'Blumenkorb, hatte einen Vorsprung von fast einer halben Milliarde Jahren in Forschung und Entwicklung. Zur Unterstützung seines röhrenförmigen Körpers verwendet Euplectella aspergillum zwei Sätze paralleler diagonaler Skelettstreben, die sich schneiden und mit dem darunter liegenden quadratischen Netz verschmelzen, um ein dauerhaftes Schachbrettmuster zu bilden.
Zusammengesetztes Rendering, das von gehtGlasschwammverglasung links zum geschweißten Bewehrungsgitter rechts, wodurch die biologische Natur der Studie hervorgehoben wird. Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung von Peter Allen, Ryan Allen und James K. Weaver / Harvard
„Wir untersuchen seit über 20 Jahren die Beziehungen zwischen Struktur und Funktion in Schwammskelettsystemen, und diese Arten überraschen uns immer wieder“, betont Weaver.
Während Simulationen und ExperimentenDie Forscher replizierten das Design und verglichen die Skelettarchitektur des Schwamms mit der vorhandenen Gittergeometrie. Das Design des Schwamms hat sie alle übertroffen und hält auch schwereren Belastungen stand. Die Forscher zeigten, dass die gepaarte, parallele, kreuzdiagonale Struktur die strukturelle Gesamtfestigkeit um mehr als 20 Prozent verbesserte, ohne dass zusätzliches Material hinzugefügt werden musste, um diesen Effekt zu erzielen.
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