W swoich badaniach naukowcy odkryli, że zapewnia to strategia wzmocnienia ukośnego zastosowana w gąbce
„W wielu dziedzinach, takich jak lotnictwotechniki, stosunek wytrzymałości do masy ma kluczowe znaczenie ”- dodaje James Weaver, starszy naukowiec SEAS i współautor artykułu. „Ta geometria inspirowana biologią może stanowić plan rozwoju lżejszych, mocniejszych struktur do szerokiego zakresu zastosowań”.
Szkielet Euplectella aspergillum, gąbki głębinowej. Źródło: Materiał wideo dzięki uprzejmości Harvard Learning Lab.
Jeśli kiedykolwiek przechodziłeś przez zadaszony mostlub składając metalową półkę do przechowywania rzeczy, widziałeś architekturę ukośnej siatki. Ten typ konstrukcji wykorzystuje wiele małych, rozmieszczonych blisko siebie belek ukośnych, aby równomiernie rozłożyć przyłożone obciążenia. Ta geometria została opatentowana na początku XIX wieku przez architekta i inżyniera budownictwa Ithiel Town, który chciał stworzyć mocne mosty z lekkich i tanich materiałów.
Miasto opracowało prostei ekonomiczny sposób stabilizacji kwadratowych struktur kratowych, który jest nadal używany. Spełnia swoje zadanie, ale nie jest optymalna, co skutkuje marnowaniem lub marnowaniem materiału i ograniczoną wysokością budynku. „Jednym z głównych pytań leżących u podstaw tych badań było to, czy możemy zwiększyć efektywność tych struktur pod względem dystrybucji materiałów. ostatecznie zużywając mniej materiału, aby osiągnąć tę samą wytrzymałość?” wyjaśnia Fernandez.
Gąbki szklane, grupa do której należyBadania i rozwój Euplectella aspergillum, znanej również jako kosz kwiatów Wenus, rozpoczęły się od prawie pół miliarda lat. Aby wesprzeć swój cylindryczny korpus, Euplectella aspergillum wykorzystuje dwa zestawy równoległych ukośnych rozpórek szkieletowych, które przecinają się i łączą z leżącą pod spodem kwadratową siatką, tworząc trwały wzór szachownicy.
Renderowanie kompozytowe, które pochodzi zpo lewej stronie oszklenie z gąbki szklanej z kratą zgrzewaną po prawej stronie, podkreślające biologiczny charakter badań. Źródło: Zdjęcie dzięki uprzejmości Petera Allena, Ryana Allena i Jamesa K. Weavera / Harvard
„Od ponad 20 lat badamy związki między strukturą a funkcją w układach szkieletowych gąbek i gatunki te nadal nas zadziwiają” – podkreśla Weaver.
Podczas symulacji i eksperymentównaukowcy powtórzyli projekt i porównali szkieletową architekturę gąbki z istniejącą geometrią sieci. Konstrukcja gąbki przewyższyła je wszystkie, wytrzymując większe obciążenia. Naukowcy wykazali, że sparowana, równoległa, przekątna struktura poprawiła ogólną wytrzymałość konstrukcji o ponad 20 procent, bez konieczności dodawania dodatkowego materiału w celu uzyskania tego efektu.
Czytaj także
W dobie ekosystemów: jak giganci IT zmieniają się w interfejsy naszego codziennego życia
Lodowiec Doomsday okazał się bardziej niebezpieczny, niż sądzili naukowcy. Mówimy najważniejsze
GitHub zastąpił termin „master” neutralnym odpowiednikiem