In hun onderzoek ontdekten de wetenschappers dat de diagonale versterkingsstrategie van de spons zorgt
“Op veel gebieden, zoals in de lucht- en ruimtevaarttechniek is de sterkte-gewichtsverhouding van cruciaal belang, ”voegt James Weaver, SEAS Senior Scientist en co-auteur toe. "Deze op biologie geïnspireerde geometrie zou een routekaart kunnen opleveren voor de ontwikkeling van lichtere, sterkere structuren voor een breed scala aan toepassingen."
Skelet van Euplectella aspergillum, een diepzeespons. Credit: video met dank aan het Harvard Teaching Lab.
Als je ooit over een overdekte brug bent gelopenof het samenstellen van een metalen plank om dingen op te bergen, je hebt diagonale rasterarchitectuur gezien. Dit type ontwerp maakt gebruik van veel kleine, dicht bij elkaar geplaatste diagonale balken om de aangebrachte belastingen gelijkmatig te verdelen. Deze geometrie werd in het begin van de 19e eeuw gepatenteerd door de architect en civiel ingenieur Ithiel Town, die sterke bruggen wilde maken van lichtgewicht en goedkope materialen.
De stad heeft een eenvoudig ontwikkelden een economische manier om vierkante roosterstructuren te stabiliseren, die nog steeds wordt gebruikt. Het klaart de klus, maar het is niet optimaal, wat resulteert in verspilling of verspild materiaal en een beperkte bouwhoogte. “Een van de belangrijkste vragen achter dit onderzoek was of we deze structuren efficiënter konden maken in termen van materiaaldistributie. uiteindelijk minder materiaal gebruiken om dezelfde sterkte te bereiken?”, legt Fernandez uit.
Glazen sponzen, groep waartoe het behoortEuplectella aspergillum, ook wel bekend als Venus 'Flower Basket, had een voorsprong van bijna een half miljard jaar in onderzoek en ontwikkeling. Om zijn buisvormige lichaam te ondersteunen, gebruikt Euplectella aspergillum twee sets parallelle diagonale skeletsteunen die elkaar kruisen en samenvloeien met het onderliggende vierkante gaas om een duurzaam schaakbordpatroon te vormen.
Samengestelde weergave die gaat vanglazen sponsbeglazing aan de linkerkant en het gelaste verstevigingsrooster aan de rechterkant, wat het biologische karakter van de studie benadrukt. Credit: afbeelding met dank aan Peter Allen, Ryan Allen en James K. Weaver / Harvard
"We bestuderen al meer dan 20 jaar de relaties tussen structuur en functie in skeletsystemen van spons, en deze soorten blijven ons verbazen", benadrukt Weaver.
Tijdens simulaties en experimentende onderzoekers repliceerden het ontwerp en vergeleken de skeletarchitectuur van de spons met de bestaande roostergeometrie. Het ontwerp van de spons heeft ze allemaal overtroffen en is bestand tegen zwaardere belastingen. De onderzoekers toonden aan dat de gepaarde, parallelle, diagonale structuur de algehele structurele sterkte met meer dan 20 procent verbeterde, zonder dat er extra materiaal nodig was om dit effect te bereiken.
Lees ook
In het tijdperk van ecosystemen: hoe IT-reuzen veranderen in interfaces van ons dagelijks leven
De Doomsday-gletsjer bleek gevaarlijker te zijn dan wetenschappers dachten. We vertellen het belangrijkste
GitHub heeft de term "master" vervangen door een neutraal equivalent