Морскa гъбa може да е тайната на ново поколение яки небостъргачи и мостове

Когато мислим за гъби, сме склонни да си представяме за нещо поресто и меко. Но изследователите от Харвардското училище за инженерни и приложни науки Джон А. Полсън (SEAS) са използвали скелети на вид морска гъба като вдъхновение за следващото поколение по-силни и по-високи сгради, по-дълги мостове и по-леки космически кораби.

В нова статия, публикувана в Nature Materials, изследователите показаха, че диагонално подсилената квадратна решетъчна скелетна структура на дълбоководната морска гъба Euplectella aspergillum има по-високо съотношение сила-тегло в сравнение с традиционните решетъчни конструкции, използвани от векове при строителството на сгради и мостове.

„Установихме, че диагоналната стратегия за якост на гъбата постига най-висока устойчивост на изкривяване за дадено количество материал. Това означава, че можем да изградим по-здрави и устойчиви конструкции чрез интелигентно пренареждане на съществуващия материал в структурата“, каза Матеус Фернандес, студент в SEAS и първи автор на статията.

„В много области съотношението сила-тегло на дадена конструкция е от решаващо значение“, каза Джеймс Уивър, старши учен в SEAS и един от рецензентите на статията. “Тази геометрия, вдъхновена от биологията, може да осигури пътна карта за проектиране на по-леки и здрави конструкции за широк спектър от приложения.”

Ако някога сте минавали през покрит мост или сте сглобявали метален рафт за съхранение, то значи сте виждали диагонални решетъчни архитектури. Този тип дизайн използва много малки, близко разположени диагонални греди за равномерно разпределение на приложените товари. Тази геометрия е патентована в началото на 1800 г. от архитекта и строителен инженер Итиел Таун, който търсел метод за изработване на здрави мостове от леки и евтини материали.

„Таун е разработил прост, рентабилен начин за стабилизиране на квадратни решетъчни конструкции, който се използва и до днес“, каза Фернандес. „Това върши работата, но не е оптимално, води до излишен или отпадъчен материал и ограничение на това колко високо можем да строим. Един от основните въпроси, движещи това изследване, беше – можем ли да направим тези структури по-ефективни от гледна точка на разпределението на материалите, в крайна сметка използвайки по-малко материал за постигане на същата якост?”

За щастие “стъклените гъби” – групата, към която принадлежи Euplectella aspergillum, имат почти половин милиард години преднина откъм изследванията и разработването. За да поддържа тръбното си тяло, Euplectella aspergillum използва два комплекта успоредни диагонални скелетни подпори, които се пресичат и са слети с подлежаща квадратна решетка, за да образуват здрав модел, подобен на шахматна дъска.

При симулации и експерименти изследователите са възпроизвели този дизайн и са сравнили скелетната архитектура на гъбата със съществуващите решетъчни геометрии. Дизайнът на гъбата ги превъзхожда до една, издържайки на по-големи натоварвания, без да се изкривява, сочат проучванията. Изследователите са категорични, че сдвоената паралелна кръстосана диагонална структура подобрява общата структурна здравина с повече от 20 процента, без да е необходимо да се добавя допълнителен материал.

Снимка: Матеус Фернандес / Harvard SEAS

1 коментар

  1. А сега на база тази информация, наша частна строителна компания може да експериментира с построяване на на малка структура (примерно малък мост в някое село, като експеримент -безплатно за селото), след това с анализи и др. да подобри и да почне да прави малки постройки или съоръжения и отново да наблюдава.. И ще сме първи в Европа-та :)…ама нейсе, кой да мисли?!

Напиши коментар

E-mail адресът Ви няма да бъде публикуван




*