En su estudio, los investigadores encontraron que la estrategia de refuerzo diagonal de la esponja proporciona
“En muchas áreas, como la aeroespacialtécnica, la relación fuerza-peso es fundamental ”, añade James Weaver, científico principal y coautor de SEAS. "Esta geometría inspirada en la biología podría proporcionar una hoja de ruta para el desarrollo de estructuras más ligeras y resistentes para una amplia gama de aplicaciones".
Esqueleto de Euplectella aspergillum, una esponja de aguas profundas. Crédito: Video proporcionado por Harvard Learning Lab.
Si alguna vez has cruzado un puente cubiertoo armar un estante de metal para almacenar cosas, ha visto una arquitectura de cuadrícula diagonal. Este tipo de diseño utiliza muchas vigas diagonales pequeñas y poco espaciadas para distribuir uniformemente las cargas aplicadas. Esta geometría fue patentada a principios del siglo XIX por el arquitecto e ingeniero civil Ithiel Town, que quería crear puentes resistentes con materiales ligeros y baratos.
Town desarrolló una forma simple y rentable de estabilizar estructuras de celosía cuadrada que todavía se usa hoy en día.Hace su trabajo, pero no es óptimo, lo que conduce al desperdicio o consumo excesivo de material y limita la altura de la estructura."Una de las principales preguntas en las que se basó este estudio fue si podíamos hacer que estas estructuras fueran más eficientes en términos de distribución de materiales., terminando usando menos material para lograr la misma resistencia?" — explicaFernandez.
Esponjas de vidrio, grupo al que perteneceEuplectella aspergillum, también conocida como canasta de flores de Venus, tuvo una ventaja de casi 500 millones de años en investigación y desarrollo. Para sostener su cuerpo tubular, Euplectella aspergillum utiliza dos conjuntos de puntales esqueléticos diagonales paralelos que se cruzan y se fusionan con la malla cuadrada subyacente para formar un patrón de tablero de ajedrez duradero.
Renderizado compuesto que va desdeacristalamiento de esponja de vidrio a la izquierda a la rejilla de refuerzo soldada a la derecha, enfatizando la naturaleza biológica del estudio. Crédito: Imagen cortesía de Peter Allen, Ryan Allen y James K. Weaver / Harvard
“Hemos estado estudiando las relaciones entre la estructura y la función en los sistemas esqueléticos de las esponjas durante más de 20 años, y estas especies continúan sorprendiéndonos”, enfatiza Weaver.
Durante simulaciones y experimentoslos investigadores replicaron el diseño y compararon la arquitectura esquelética de la esponja con la geometría de celosía existente. El diseño de la esponja los ha superado a todos, soportando cargas más pesadas. Los investigadores demostraron que la estructura pareada, paralela y en diagonal cruzada mejoró la resistencia estructural general en más del 20 por ciento, sin la necesidad de agregar material adicional para lograr este efecto.
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