Vo svojej štúdii vedci zistili, že stratégia diagonálneho zosilnenia špongie poskytuje
"V mnohých oblastiach, ako je letecký a kozmický priemysel."technika, pomer pevnosti k hmotnosti je rozhodujúci, “dodáva James Weaver, hlavný vedecký pracovník SEAS a spoluautor článku. "Táto geometria inšpirovaná biológiou by mohla poskytnúť plán na vývoj ľahších a pevnejších štruktúr pre široké spektrum aplikácií."
Kostra Euplectella aspergillum, hlbokomorská špongia. Kredit: Video so súhlasom Harvard Learning Lab.
Ak ste niekedy prešli po krytom mostealebo keď dávate dohromady kovovú poličku na ukladanie vecí, videli ste architektúru diagonálnej mriežky. Tento typ konštrukcie používa mnoho malých, blízko seba umiestnených diagonálnych lúčov na rovnomerné rozloženie pôsobiaceho zaťaženia. Túto geometriu si nechal patentovať na začiatku 19. storočia architekt a stavebný inžinier Ithiel Town, ktorý chcel vytvoriť silné mosty z ľahkých a lacných materiálov.
Mesto vyvinulo jednoduchýa ekonomický spôsob stabilizácie štvorcových priehradových konštrukcií, ktorý sa používa dodnes. Splní svoju úlohu, ale nie je to optimálne, výsledkom čoho je plytvanie alebo plytvanie materiálom a obmedzená výška budovy. „Jednou z hlavných otázok, ktoré viedli k tomuto výskumu, bolo, či by sme mohli tieto štruktúry zefektívniť z hľadiska distribúcie materiálu. v konečnom dôsledku s použitím menšieho množstva materiálu na dosiahnutie rovnakej pevnosti?“ vysvetľuje Fernandez.
Sklenené špongie, skupina, do ktorej patríEuplectella aspergillum, tiež známa ako Venušin kvetinový kôš, mala náskok takmer pol miliardy rokov vo výskume a vývoji. Na podporu svojho rúrkového tela používa Euplectella aspergillum dve sady rovnobežných diagonálnych kostrových vzpier, ktoré sa pretínajú a spájajú so základnou štvorcovou sieťovinou, aby vytvorili trvanlivý šachovnicový vzor.
Kompozitné vykresľovanie, z ktorého pochádzasklenená špongia vľavo k zváranej tyčovej mriežke vpravo, zdôrazňujúca biologickú povahu štúdie. S láskavým dovolením Peter Allen, Ryan Allen a James K. Weaver / Harvard
"Študujeme vzťahy medzi štruktúrou a funkciou v kostrových systémoch špongií viac ako 20 rokov a tieto druhy nás stále ohromujú," zdôrazňuje Weaver.
Počas simulácií a experimentovvedci zopakovali návrh a porovnali kostrovú architektúru špongie s existujúcou geometriou mriežky. Dizajn špongie prekonal všetky z nich, pričom vydržal aj vyššie zaťaženie. Vedci ukázali, že spárovaná, rovnobežná, krížovo diagonálna štruktúra zlepšila celkovú štrukturálnu pevnosť o viac ako 20 percent bez toho, aby na dosiahnutie tohto efektu bolo potrebné pridať ďalší materiál.
Prečítajte si tiež
V ére ekosystémov: ako sa obri IT menia na rozhranie nášho každodenného života
Ľadovec Doomsday sa ukázal byť nebezpečnejším, ako si vedci mysleli. Hovoríme to hlavné
GitHub nahradil výraz „master“ neutrálnym ekvivalentom