Nel loro studio, gli scienziati hanno scoperto che la strategia di rinforzo diagonale della spugna fornisce
“In molti settori, come quello aerospazialetecnica, il rapporto forza / peso è fondamentale ", aggiunge James Weaver, SEAS Senior Scientist e coautore. "Questa geometria ispirata alla biologia può fornire una tabella di marcia per lo sviluppo di strutture più leggere e più resistenti per un'ampia gamma di applicazioni".
Scheletro di Euplectella aspergillum, una spugna di acque profonde. Credito: video per gentile concessione dell'Harvard Teaching Lab.
Se hai mai attraversato un ponte copertoo mettendo insieme uno scaffale di metallo per riporre le cose, hai visto un'architettura a griglia diagonale. Questo tipo di progettazione utilizza molte piccole travi diagonali ravvicinate per distribuire uniformemente i carichi applicati. Questa geometria fu brevettata all'inizio del 1800 dall'architetto e ingegnere civile Ithiel Town, che voleva creare ponti robusti con materiali leggeri ed economici.
La città ha sviluppato un semplicee un modo economico per stabilizzare le strutture reticolari quadrate, utilizzato ancora oggi. Porta a termine il lavoro, ma non è ottimale, con conseguente materiale sprecato o sprecato e un'altezza dell'edificio limitata. “Una delle domande principali alla base di questa ricerca era se potessimo rendere queste strutture più efficienti in termini di distribuzione dei materiali. in definitiva utilizzando meno materiale per ottenere la stessa resistenza?" spiega Fernandez.
Spugne di vetro, gruppo a cui appartieneEuplectella aspergillum, noto anche come cesto di fiori di Venere, ha avuto un vantaggio iniziale di quasi mezzo miliardo di anni in ricerca e sviluppo. Per sostenere il suo corpo tubolare, Euplectella aspergillum utilizza due serie di montanti scheletrici diagonali paralleli che si intersecano e si fondono con la maglia quadrata sottostante per formare un modello a scacchiera durevole.
Rendering composito che va davetri spugna di vetro a sinistra alla griglia di rinforzo saldata a destra, sottolineando la natura biologica dello studio. Credito: immagine per gentile concessione di Peter Allen, Ryan Allen e James K. Weaver / Harvard
"Studiamo le relazioni tra struttura e funzione nei sistemi scheletrici delle spugne da oltre 20 anni e queste specie continuano a stupirci", sottolinea Weaver.
Durante simulazioni ed esperimentii ricercatori hanno replicato il progetto e confrontato l'architettura scheletrica della spugna con la geometria reticolare esistente. Il design della spugna li ha superati tutti, resistendo a carichi più pesanti. I ricercatori hanno dimostrato che la struttura accoppiata, parallela e diagonale incrociata ha migliorato la resistenza strutturale complessiva di oltre il 20%, senza la necessità di aggiungere materiale aggiuntivo per ottenere questo effetto.
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