海綿の骨格は科学者に新しいタイプの材料を作成するように促しました

彼らの研究で、研究者は スポンジの斜め補強戦略が

特定の量の材料 、その ボディに対する最高の座屈抵抗。構造 内の 既存の材料をインテリジェントに再配置することで、より強く、 より弾力性のある構造を作成できます」と 説明しますMatheus Fernández、SEASの博士課程の学生 であり、 論文の筆頭著者。

「航空宇宙など、多くの分野で技術、強度と重量の比率が重要です。 「この生物学にインスパイアされた形状は、幅広い用途向けの軽量で強力な構造の開発のためのロードマップを提供する可能性があります。」

Euplectella aspergillumのスケルトン、深海のスポンジ。クレジット：Harvard Learning Labが提供する動画

屋根付きの橋を渡ったことがあるならまたは、物を保管するための金属製の棚をまとめると、斜めのグリッドアーキテクチャを見てきました。このタイプの設計では、小さな間隔の狭い斜めの梁を多数使用して、加えられた荷重を均等に分散します。この形状は、1800年代初頭に、軽量で安価な素材から強力な橋を作りたいと考えていた建築家であり土木技師のイティエルタウンによって特許を取得しました。

タウンは、今日でも 使用されている正方格子構造を安定させるためのシンプルで 費用対効果の高い方法を開発しました。それは その仕事をしますが 、最適ではない ため、材料の無駄や過度の消費につながり 、 構造の高さが制限されます。「この研究の基になった主な疑問の 1つは、これらの構造を物質分布の面でより効率的に できるかどうかということでした   。 同じ強度を得るために 、より少ない材料を使用することになってしまい ますか?」 — 説明フェルナンデス。

ガラススポンジ、それが属するグループ金星のフラワーバスケットとしても知られるEuplectella aspergillumは、研究開発において約5億年のスタートを切りました。 Euplectella aspergillumは、管状の本体をサポートするために、2組の平行な対角線の骨格ストラットを使用して、下にある正方形のメッシュと交差して結合し、耐久性のあるチェッカーボードパターンを形成します。

から行く複合レンダリング左側のガラススポンジグレージングから右側の溶接補強グリル。研究の生物学的性質を強調しています。クレジット：画像提供：Peter Allen、Ryan Allen、James K. Weaver / Harvard

「スポンジの骨格系の構造と機能の関係を20年以上研究してきましたが、これらの種は私たちを驚かせ続けています」とウィーバーは強調します。

シミュレーションと実験中研究者たちはデザインを複製し、スポンジの骨格構造を既存の格子幾何学と比較しました。スポンジのデザインは、重い負荷に耐えながら、すべてを上回っています。研究者たちは、対を成す平行な対角線構造が全体的な構造強度を20パーセント以上改善し、この効果を達成するために追加の材料を必要としないことを示しました。

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