Мы в очередной раз убеждаемся, что природа - лучший источник вдохновения для изобретателей. Нам остаётся только тщательно её исследовать.
Инженеры из Гарварда утверждают, что нашли способ создавать более прочные и лёгкие конструкции, копируя скелеты глубоководных губок. Они показали, что построенные таким образом мосты будут на 20% прочнее, чем конструкция стандартного решётчатого моста, впервые запатентованного в 1820 году.
Ключ к разгадке находится в скелете губки Euplectella aspergillum, которая имеет усиленную по диагонали квадратную решётчатую конструкцию с более высоким соотношением прочности к весу, чем квадратные решётчатые конструкции, которые мы считаем само собой разумеющимися сегодня.
Для поддержки своего трубчатого тела Euplectella имеет два взаимосвязанных набора параллельных диагональных скелетных распорок, которые сливаются с лежащей под ним квадратной сеткой, создавая узор шахматной доски.
Используя моделирование и эксперименты, команда из Гарварда проверила архитектуру скелета губки в сравнении с существующей геометрией решётки и обнаружила, что конструкция губки может выдерживать более тяжёлые нагрузки без деформации. Без дополнительных материалов новая решётка увеличивает прочность конструкции на 20%.
Руководитель исследовательской группы Катя Бертольди сказала, что это будет иметь «огромное значение для более рационального использования материалов в современных инфраструктурных приложениях».
В 1820 году американский архитектор и инженер-строитель Итиэль Таун запатентовал мост с решётчатой фермой, который до сих пор считается самым простым и экономичным способом стабилизации квадратных решётчатых конструкций.
- Он выполняет свою работу, но не оптимально, а это приводит к бесполезному избыточному расходу материала и ограничению высоты объекта, который мы можем построить, - говорит Матеус Фернандес, аспирант, участвовавший в исследовании.
Учёные обнаружили, что диагональное армирование, которое используют губки, обеспечивает максимальное сопротивление продольному изгибу для данного количества материала, а это означает, что можно создавать более прочные и упругие конструкции, разумно переставляя материал, используемый в структуре.
Их статья «Механически прочные решётки, вдохновлённые глубоководными стеклянными губками», была опубликована в журнале Nature Materials.
В исследовании принимали участие Гарвардский институт биологической инженерии Висса и Школа инженерии и прикладных наук Джона А. Полсона.
Фото показывает переход от решётки губки к решётке из сварной арматуры. Этим авторы подчёркивают биологический источник своего исследования.
Ставьте лайк, делитесь с друзьями в соцсетях!
Подписывайтесь на наш канал "Пространство для жизни"
