שלד הספוגים הימיים השראה מדענים ליצור סוג חדש של חומר

В своем исследовании ученые обнаружили, что стратегия диагонального армирования губки обеспечивает

наивысшее сопротивление продольному изгибу для данного количества материала — ее тела. «Мы можем создавать более прочные и более упругие конструкции, разумно переставляя существующий материал в структуре», — объясняет Матеус Фернандес, аспирант в SEAS и первый автор статьи.

“בתחומים רבים, כגון חללטכניקה, יחס חוזק ומשקל הוא קריטי ", מוסיף ג'יימס וויבר, מדען בכיר ב- SEAS ומחבר שותף. "גיאומטריה זו בהשראת ביולוגיה יכולה לספק מפת דרכים לפיתוח מבנים קלים וחזקים יותר למגוון רחב של יישומים."

שלד Euplectella aspergillum, ספוג ים עמוק. קרדיט: סרטון המסופק על ידי מעבדת הלמידה בהרווארד.

אם אי פעם עברת על גשר מקורהאו להרכיב מדף מתכת לאחסון דברים ראיתם אדריכלות רשת אלכסונית. סוג זה של עיצוב משתמש בקורות אלכסוניות קטנות ומרווחות כדי להפיץ באופן שווה את העומסים המופעלים. על גיאומטריה זו רשם פטנט בראשית המאה ה -19 על ידי האדריכל והמהנדס האזרחי אית'יאל טאון, שרצה ליצור גשרים חזקים מחומרים קלים וזולים.

Компания Town разработала простой и экономичный способ стабилизации квадратных решетчатых конструкций, который используется по сей день. Он выполняет свою работу, но это не оптимально, что приводит к потере или избыточному расходу материала и ограничению высоты строения. «Один из основных вопросов, на котором основывалось это исследование, заключался в том, можем ли мы сделать эти конструкции более эффективными с точки зрения распределения материалов. , в конечном итоге используя меньше материала для достижения той же прочности?» — объясняет Фернандес.

ספוגי זכוכית, קבוצה אליה הוא שייךל- Euplectella aspergillum, המכונה גם סל הפרחים של ונוס, היה התחלה של כמעט חצי מיליארד שנים במחקר ופיתוח. כדי לתמוך בגופה הצינורי, Euplectella aspergillum משתמש בשתי קבוצות של תמוכות שלד אלכסוניות מקבילות המצטלבות ומתמזגות עם הרשת המרובעת הבסיסית ויוצרות דפוס לוח שח עמיד.

עיבוד מרוכב שעובר מזיגוג ספוג זכוכית משמאל לסורג החיזוק המרותך מימין, תוך שימת דגש על האופי הביולוגי של המחקר. קרדיט: תמונה באדיבות פיטר אלן, ריאן אלן וג'יימס ק. וויבר / הרווארד

"אנו בוחנים את הקשר בין מבנה לתפקוד במערכות שלד ספוגיות כבר למעלה מ -20 שנה, והמינים הללו ממשיכים להדהים אותנו", מדגיש ויבר.

במהלך הדמיות וניסוייםהחוקרים שכפלו את העיצוב והשוו את ארכיטקטורת השלד של הספוג לגיאומטריית הסריג הקיימת. העיצוב של הספוג עלה על כולם, ועומד בעומסים כבדים יותר. החוקרים הראו כי המבנה הזוגי, המקביל, האלכסוני, שיפר את חוזק המבנה הכללי ביותר מ -20%, ללא צורך להוסיף חומר נוסף להשגת אפקט זה.

קרא גם

בעידן המערכות האקולוגיות: כיצד ענקיות ה- IT הופכות לממשקים של חיי היומיום שלנו

קרחון יום הדין התגלה כמסוכן יותר ממה שחשבו המדענים. אנחנו מספרים את העיקר

GitHub החליף את המונח "מאסטר" במקבילה ניטרלית