I sin studie fann forskarna att svampens diagonala förstärkningsstrategi ger
”På många områden, till exempel flyg och rymdteknik, är förhållandet styrka / vikt kritiskt, ”tillägger James Weaver, SEAS Senior Scientist och medförfattare. "Denna biologi-inspirerade geometri kan ge en färdplan för utveckling av lättare, starkare strukturer för ett brett spektrum av applikationer."
Skelett av Euplectella aspergillum, en djuphavssvamp. Kredit: Video med tillstånd av Harvard Teaching Lab.
Om du någonsin har gått över en täckt broeller att sätta ihop en metallhylla för förvaring av saker har du sett diagonal rutnätarkitektur. Denna typ av konstruktion använder många små, tätt placerade diagonala balkar för att jämnt fördela de applicerade belastningarna. Denna geometri patenterades i början av 1800-talet av arkitekten och civilingenjören Ithiel Town, som ville skapa starka broar från lätta och billiga material.
Town har utvecklat en enkeloch ett ekonomiskt sätt att stabilisera kvadratiska gitterstrukturer, som fortfarande används idag. Det får jobbet gjort, men det är inte optimalt, vilket resulterar i slöseri med eller slöseri med material och begränsad bygghöjd. "En av huvudfrågorna som drev denna forskning var om vi kunde göra dessa strukturer mer effektiva när det gäller materialdistribution. i slutändan använder mindre material för att uppnå samma styrka?” förklarar Fernandez.
Glassvampar, grupp som den tillhörEuplectella aspergillum, även känd som Venus's Flower Basket, hade en start på nästan en halv miljard år inom forskning och utveckling. För att stödja sin rörformiga kropp använder Euplectella aspergillum två uppsättningar av parallella diagonala skelettben som skär varandra och smälter samman med det underliggande kvadratiska nätet för att bilda ett hållbart rutmönster.
Sammansatt rendering som går frånglassvampglas till vänster till det svetsade armeringsgallret till höger, med betoning på studiens biologiska natur. Kredit: Bild med tillstånd av Peter Allen, Ryan Allen och James K. Weaver / Harvard
"Vi har studerat sambandet mellan struktur och funktion i svampskeletsystem i över 20 år, och dessa arter fortsätter att förvåna oss", betonar Weaver.
Under simuleringar och experimentforskarna replikerade designen och jämförde svampens skelettarkitektur med den befintliga gittergeometrin. Svampens design har överträffat dem alla och tål tyngre belastningar. Forskarna visade att den parade parallella tvärdiagonala strukturen förbättrade den totala strukturella styrkan med mer än 20 procent, utan behov av ytterligare material för att uppnå denna effekt.
Läs också
I ekosystemens era: hur IT-jättar förvandlas till gränssnitt för vår vardag
Doomsday-glaciären visade sig vara farligare än forskare trodde. Vi berättar det viktigaste
GitHub har ersatt termen "master" med en neutral motsvarighet