antony_w (antony_w) wrote,
antony_w
antony_w

Category:

Скелет морских губок вдохновил ученых на создание материала нового типа



Исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS) используют стеклянные скелеты морских губок в качестве вдохновения для создания следующего поколения более сильных и высоких зданий, более длинных мостов и более легких космических кораблей. В новой статье, опубликованной в Nature Materials, исследователи показали, что усиленная по диагонали квадратная решетчатая скелетная структура Euplectella aspergillum, глубоководной морской губки, имеет более высокое отношение прочности к массе, чем традиционные решетчатые конструкции, которые имеют веками использовались при строительстве зданий и мостов.

В своем исследовании ученые обнаружили, что стратегия диагонального армирования губки обеспечивает наивысшее сопротивление продольному изгибу для данного количества материала — ее тела. «Мы можем создавать более прочные и более упругие конструкции, разумно переставляя существующий материал в структуре», — объясняет Матеус Фернандес, аспирант в SEAS и первый автор статьи.

«Во многих областях, таких как аэрокосмическая техника, отношение прочности к весу конструкции критически важно», — добавляет Джеймс Уивер, старший научный сотрудник SEAS и один из авторов статьи. «Эта геометрия, вдохновленная биологией, может обеспечить дорожную карту для разработки более легких и прочных структур для широкого спектра применений».


Скелет Euplectella aspergillum, глубоководной морской губки. Предоставлено: Видеозапись предоставлена ​​учебной лабораторией Гарварда.

Если вы когда-нибудь проходили по крытому мосту или собирали металлическую полку для хранения вещей, вы наблюдали архитектуру с диагональной решеткой. В этом типе конструкции используется множество небольших близко расположенных диагональных балок для равномерного распределения приложенных нагрузок. Эта геометрия была запатентована в начале 1800-х годов архитектором и инженером-строителем Итиэлем Тауном, который хотел создать прочные мосты из легких и дешевых материалов.

Компания Town разработала простой и экономичный способ стабилизации квадратных решетчатых конструкций, который используется по сей день. Он выполняет свою работу, но это не оптимально, что приводит к потере или избыточному расходу материала и ограничению высоты строения. «Один из основных вопросов, на котором основывалось это исследование, заключался в том, можем ли мы сделать эти конструкции более эффективными с точки зрения распределения материалов. , в конечном итоге используя меньше материала для достижения той же прочности?» — объясняет Фернандес.

Стеклянные губки, группа, к которой принадлежит Euplectella aspergillum, также известная как Цветочная корзина Венеры, имела фору почти на полмиллиарда лет в области исследований и разработок. Чтобы поддерживать свое трубчатое тело, Euplectella aspergillum использует два набора параллельных диагональных скелетных распорок, которые пересекаются и сливаются с лежащей под ним квадратной сеткой, образуя прочный узор в виде шахматной доски.


Композитный рендеринг, который переходит от остекления стеклянной губки слева к решетке на основе сварной арматуры справа, подчеркивая биологический характер исследования. Предоставлено: изображение предоставлено Питером Алленом, Райаном Алленом и Джеймсом К. Уивером / Гарвард

«Мы изучаем взаимосвязи между структурой и функцией в скелетных системах губок более 20 лет, и эти виды продолжают нас удивлять», — подчеркивает Уивер.

В ходе моделирования и экспериментов исследователи воспроизвели дизайн и сравнили скелетную архитектуру губки с существующей геометрией решетки. Конструкция губки превзошла их все, выдерживая более тяжелые нагрузки. Исследователи показали, что парная параллельная перекрестно-диагональная структура улучшила общую прочность конструкции более чем на 20 процентов, без необходимости добавления дополнительного материала для достижения этого эффекта.

Tags: технологии
Subscribe

Posts from This Journal “технологии” Tag

promo antony_w august 17, 2014 11:48 18
Buy for 10 tokens
Есть блог, в котором написано много постов про роботов: ссылка И там есть несколько статей о замене рабочих мест человека роботами: Уже к 2018 году роботы отберут у человека часть профессий Рабский труд без зарплаты Армия роботов: зачем она нужна обильной людьми Поднебесной и кому может…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 1 comment