Ang susunod na henerasyon ng mga skyscraper at tulay na inspirasyon ng mga sponges ng dagat

May-akda

Balangkas ng Euplectella aspergillum, isang malalim na dagat na espongha. May-akda: Larawan sa kabutihang loob ng Matthew Fernandez / Harvard Sea

Ang arkitektura ng bioinspired ay maaaring magbigay daan para sa mas malakas at magaan na mga disenyo.

Kapag naisip natin ang mga espongha, may posibilidad kaming mag-isip ng isang bagay na malambot at malaswa. Ngunit ang mga mananaliksik mula sa Harvard School of Engineering at Applied Science na si John A. Paulson (SEAS) ay gumagamit ng mga frame ng salamin ng sponges ng dagat bilang inspirasyon para sa susunod na henerasyon ng mas malakas at mas matangkad na mga gusali, mas mahabang tulay at mas magaan na spacecraft.

Sa isang bagong akda na nai-publish sa Mga likas na materyales, ipinakita ng mga mananaliksik na ang diagonally reinforced square lattice na istraktura ng balangkas Euplectella aspergillum, isang malalim na dagat na espongha, ay may mas mataas na ratio ng lakas at bigat kaysa sa tradisyunal na mga istrakturang lattice na ginamit sa loob ng daang siglo sa pagtatayo ng mga gusali at tulay.

“Nalaman namin na ang diskarte ng diagonal sponge reinforcement ay nakakamit ang pinakamataas na paglaban sa baluktot para sa isang naibigay na halaga ng materyal, na nangangahulugang maaari kaming bumuo ng mas malakas at mas matatag na mga istraktura sa pamamagitan ng matalinong pag-aayos ng mga mayroon nang materyal sa istraktura,” sinabi ni Matheus Fernandez, unang nagtapos na mag-aaral. trabaho

“Sa maraming mga lugar, tulad ng teknolohiyang puwang, ang lakas-sa-timbang na ratio ng isang istraktura ay mahalaga,” sabi ni James Weaver, isang matandang mananaliksik ng SEAS at isa sa mga nauugnay na may-akda ng artikulo. “Ang biologically inspired na geometry na ito ay maaaring magbigay ng isang roadmap para sa pagbuo ng mas magaan at mas malakas na mga istraktura para sa isang malawak na hanay ng mga application.”

Kung tumawid ka na sa isang sakop na tulay o nakatiklop ng isang istante ng imbakan ng metal, nakita mo ang mga diagonal na arkitektura na grill. Ang ganitong uri ng disenyo ay gumagamit ng maraming maliliit na malapit na dayagonal na poste upang pantay na ipamahagi ang inilapat na mga pag-load. Ang geometry na ito ay na-patent noong maagang bahagi ng 1800 ng arkitekto at civil engineer na si Itiel, na nais ang isang paraan ng paggawa ng mga malalakas na tulay mula sa magaan at murang mga materyales.

Arkitektura ng bioinspired

Ang pag-render ng pinaghalo, na kung saan ay mula sa frame ng salamin ng punasan ng espongha sa kaliwa patungo sa hinang rehas na bakal batay sa armature sa kanan, binibigyang diin ang likas na likas na inspirasyon ng biologically ng pag-aaral. Larawan sa kagandahang-loob nina Peter Allen, Ryan Allen at James Weaver / Harvard Seas

“Ang lungsod ay nakabuo ng isang simple, mabisang paraan upang mapagtibay ang mga istrakturang parisukat na sala-sala na ginagamit hanggang ngayon,” sabi ni Fernandez. “Ginagawa nito ang trabaho, ngunit hindi ito pinakamainam, na humahantong sa basura o kalabisan na materyal, pati na rin kung gaano kataas ang maitatayo natin. Ang isa sa mga pangunahing katanungan sa likod ng pag-aaral na ito ay, magagawa ba natin ang mga istrukturang ito na mas mahusay sa mga tuntunin ng pamamahagi ng materyal sa pamamagitan ng huli na paggamit ng mas kaunting materyal upang makamit ang parehong lakas?

Sa kabutihang palad, mga basong espongha, isang pangkat kung saan Euplectella aspergillum – kung hindi man ay kilala bilang Venus“Ang basket ng bulaklak ay kabilang – mayroon itong halos isang bilyong at kalahating taon ng pagsisimula mula sa pagsasaliksik at pag-unlad. Upang suportahan ang pantubo nitong katawan, Euplecles Gumagamit ang Aspergillum ng dalawang hanay ng mga parallel na dayagonal skeletal na suporta na intersect at pagsamahin sa pangunahing square grid upang makabuo ng isang matibay na pattern ng chess.

“Pinag-aaralan namin ang ugnayan ng istraktura-pag-andar sa mga sistema ng sponge ng buto sa loob ng higit sa 20 taon, at ang mga species na ito ay patuloy na humanga sa amin,” sabi ni Weaver.

Sa pagmomodelo at mga eksperimento, inulit ng mga mananaliksik ang disenyo na ito at inihambing ang arkitektura ng kalansay ng punasan ng espongha sa mayroon nang lattice geometry. Ang disenyo ng punasan ng espongha ay nalampasan ang lahat, na nakatiis ng mabibigat na karga nang hindi baluktot. Ipinakita ng mga mananaliksik na ang ipinares na parallel cross-diagonal na istraktura ay napabuti ang pangkalahatang lakas ng istraktura ng higit sa 20 porsyento nang hindi na kailangang magdagdag ng karagdagang materyal upang makamit ang epektong ito.

“Ang aming pagsasaliksik ay nagpapakita na ang mga aral na natutunan mula sa pag-aaral ng mga sistema ng sponge ng buto ay maaaring magamit upang makabuo ng mga istruktura na na-optimize ng geometriko upang maantala ang pagpapapangit, na may malaking implikasyon para sa pagpapabuti ng paggamit ng mga materyales sa mga modernong aplikasyon ng imprastraktura,” sabi ni Katja Bertoldi, William at Kuan Danoff, Propesor ng Applied Mechanics SEAS at may-katuturang may-akda ng pag-aaral.

Sanggunian: “Mabilis na Mabilis na Mga Lattice na inspirasyon ng Deep-Glass Glass Sponges” ni Matthew K. Fernandez, Joanna Eisenberg, James S. Weaver at Katie Bertoldi, Setyembre 21, 2020 Mga likas na materyales.
DOI: 10.1038 / s41563-020-0798-1

Ipinagtanggol ng Harvard Office of Technology Development ang intelektuwal na pag-aari na nauugnay sa proyektong ito at tuklasin ang mga pagkakataon sa gawing pangkalakalan.

Ang papel na ito ay co-author din ni Joanna Eisenberg, Propesor ng Materyal na Agham na si Amy Smith Berilson at Propesor ng Chemistry at Chemical Biology SEAS, at ang pag-aaral ay bahagyang suportado ng National Science Foundation sa pamamagitan ng Harvard University Science and Technology sa Materials Research. Center DMR-2011754 at NSF DMREF Grant DMR-1922321

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang sinaunang ilog ng Delta ay minsang nagdadala ng likidong tubig sa ibabaw ng Mars

Eberselded Crete Delta: Ang sinaunang istraktura ng sinaunang ilog na Delta ay nagdala ng likidong tubig sa ibabaw ng Mars. Kredito: ESA /...

Ang pagtuklas ng COVID-19 ng sticker ng balat

Ang mga inhinyero sa Unibersidad ng Missouri ay isinusulong ang komersyal na naisusuot na pamilihan ng bioelectronics sa pamamagitan ng pagbuo ng isang malakihang...

Ang Unang Mapa ng 3D Soundtrack para sa Panloob na Tainga na Ginawa Ng Advanced na Teknolohiya ng X-ray

Cochlea ear at auditory nerve membrane. Ang mga banda ng oktaba ay binibigyan ng iba't ibang kulay. Ang mga tao ay makakahanap...

Ang tagumpay sa tagumpay para sa solar fuel na ginawa ng paghahati ng tubig

Gumamit ang mga mananaliksik ng parehong mga computer at mikroskopyo upang malaman ang isang paraan upang potensyal na madagdagan ang pagganap ng aparato, gamit...

Ang 42,000-taong-gulang na mga puno ay nagdidirekta ng tumpak na pagtatasa ng huling pagbabago ng magnetic field ng Daigdig

Ang tala ng mga sinaunang puno ng lung mula sa Nagava, New Zealand. Kredito: Nelson Parker Ang mga sukat ng radiocarbon ng mga labi...

Newsletter

Subscribe to stay updated.