Nová generace mostů mrakodrapů inspirovaných mořskými houbami

Z

Kostra Euplectella aspergillum je hlubinná mořská houba. Půjčka Obrázek Matthew Fernandez / Harvard SEAS

Architektura biomasy může připravit cestu pro silnější a lehčí struktury.

Když myslíme na houby, máme tendenci myslet na něco jemného a křupavého. Ale Harvard A. na A. Vědci z Pauls School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) používají skleněné rámy mořských hub jako inspiraci pro novou generaci silných, vysokých budov, delších mostů a lehčích kosmických lodí.

V novém článku publikovaném Přírodní materiályVědci prokázali, že struktura je jako čtvercová mříž připojená k úhlopříčce Euplectella aspergillum:, hlubinná mořská houba, má vyšší poměr pevnosti k hmotnosti než tradiční příhradové konstrukce používané po staletí při stavbě mostů.

„Zjistili jsme, že strategie diagonální výztuže houby dosahuje maximální odolnosti proti určitému ohybu materiálu, což znamená, že můžeme inteligentní přeskupením materiálu ve struktuře vytvořit silnější a odolnější struktury,“ řekl Mateus Fernandez, student SEAS PhD. první autor.

„V mnoha oblastech, jako je letecké a kosmické inženýrství, je poměr výkonu k hmotnosti velmi důležitý,“ uvedl AS Ames Weaver, spoluautor studie SEAS Senior Research Paper. „Tato biologicky inspirovaná geometrie může poskytnout cestovní mapu pro návrh větších a robustnějších struktur pro širokou škálu aplikací.“

Pokud jste někdy překročili krytý most nebo sestavili kovový skladovací regál, uvidíte architekturu diagonální mřížky. Tento typ konstrukce používá velmi malé, blízko sebe umístěné diagonální nosníky k rovnoměrnému rozložení aplikovaného zatížení. Tato geometrie byla patentována počátkem 19. století architektem a stavebním inženýrem Ethel Town, který chtěl vytvořit metodu výroby pevných mostů z lehkých materiálů.

Architektura biomasy

Kompozitní dodávka zleva doprava ze skleněného houbového rámu na svařované zábradlí vpravo, zdůrazňující biologicky inspirovanou povahu studie. Půjčka Obrázek Peter Allen, Ryan Allen և C. Ames S. Weaver / Harvardské moře

„Město vyvinulo jednoduchý a nákladově efektivní způsob stabilizace hranatých příhradových konstrukcí, který se používá dodnes,“ řekl Fernandez. „Dokončuje to práci, ale není to optimální, což vede k zbytečnému nebo zbytečnému materiálu և na čepici, jak vysoko ji můžeme postavit. „Jednou z hlavních otázek v této studii bylo, můžeme tyto struktury zefektivnit, pokud jde o distribuci materiálu, případně použít méně materiálu k dosažení stejné pevnosti?“

Naštěstí skleněné houby, kapela, se kterou Euplectella aspergillum: jinak známý jako: Venuše„Erův koš patří. Studium a vývoj věcí mělo téměř půl miliardy let. Na podporu jeho trubkovitého těla Euplectella: aspergillum pracuje na dvou sadách paralelních diagonálních kosterních struktur, které se protínají a slučují do podkladové čtvercové mřížky a vytvářejí striktně deskovitý vzor.

„Studujeme vztah struktury a funkce v kosterních systémech houby již více než 20 let a tyto druhy nás stále udivují,“ řekl Weaver.

Během simulací vědci duplikovali tento projekt a porovnali architekturu kostry houby se stávající geometrií mřížky. Konstrukce houby je všechny překonala, když vydržely větší zatížení bez spon. Vědci prokázali, že kombinovaná paralelní diagonální struktura zlepšila celkovou pevnost struktury o více než 20% bez nutnosti přidávat další materiál k dosažení tohoto efektu.

„Náš výzkum ukazuje, že ponaučení ze studia kosterních systémů lze použít ke konstrukci struktur, které jsou geometricky optimalizovány tak, aby oddálily oscilaci. Velké kontexty pro zdokonalování materiálů v moderních infrastrukturních aplikacích,“ uvedla Katia Bertold, William. համապատասխան Profesorka aplikované mechaniky Ami Kuan Denoff na SEAS համապատասխան Relevantní autor studie.

Odkaz. Mateus S. Fernandez, Joanna Eisenberg, James Ames S. Weaver և Katia Bertoldi „Udržitelné mechanické sítě inspirované hlubinnými skleněnými houbami“, 2020 21. září Přírodní materiály,
DOI: 10.1038 / s41563-020-0798-1:

Harvardský úřad pro technologický rozvoj chrání duševní vlastnictví spojené s tímto projektem a zkoumá možnosti komercializace.

Spoluautorem tohoto článku byla Naia Eisenberg, profesorka vědy o materiálech, spolu s Amy Smith Berilson, profesorkou chemie a chemické biologie, SEAS, částečně podporovaná National Science Foundation prostřednictvím Harvard University Materials Science and Engineering. Centrum DMR-2011754 և NSF DMREF Grant DMR-1922321

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Proč jsou metody distribuce vakcín COVID-19 krátké + 3 způsoby, jak je vylepšit

Objevilo se několik návrhů, jak distribuovat COVID-19 vakcíny, ale nezajistí spravedlivé rozdělení vakcíny. Tým, který zahrnuje Nicole Hassoun, profesorku na Binghamton University, navrhuje...

Obstrukční spánková apnoe je běžná u lidí s kognitivními poruchami – je léčitelná

Léčitelná porucha spánku, která je běžná u lidí s poruchami myšlení a paměti. K obstrukční spánkové apnoe dochází, když je během spánku dýchání opakovaně přerušováno....

Kvantové tunelování v grafenu posouvá éru vysokorychlostní bezdrátové komunikace Terahertz

Kvantové tunelování. Půjčka: Tisková kancelář Daria Sokol / MIPT Vědci z MIPT, Moskevské státní pedagogické univerzity a univerzity v Manchesteru vyvinuli velmi citlivý terahertzový...

Využití vibračních molekul ke studiu vlnových vlastností hmoty

Molekulární ionty HD + (páry žlutých a červených bodů) v iontové pasti (šedé) jsou ozářeny laserovou vlnou (červená). To vede k kvantovým skokům,...

Kampaň NASA SnowEx kopání hluboko v roce 2021

Měření sněhu se může zdát jednoduché, ale každé prostředí představuje pro přístroje jedinečné výzvy. Například sněžení v lesích se zachytává na větvích nebo...

Newsletter

Subscribe to stay updated.