Pencakar Langit dan Jembatan Generasi Berikutnya Terinspirasi oleh Spons Laut

Di

Kerangka Euplectella aspergillum, spons laut dalam. Kredit: Gambar milik Matheus Fernandes / Harvard SEAS

Arsitektur yang terinspirasi dari bioinspirasikan dapat membuka jalan bagi struktur yang lebih kuat dan lebih ringan.

Saat kita memikirkan spons, kita cenderung memikirkan sesuatu yang manis dan licin. Tetapi peneliti Harvard, John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) menggunakan kerangka kaca spons laut sebagai inspirasi untuk generasi berikutnya dari bangunan yang lebih kuat, lebih tinggi, dek yang lebih panjang, dan pesawat ruang angkasa yang lebih ringan. .

Dalam artikel baru yang diterbitkan di Bahan AlamPara peneliti menunjukkan bahwa struktur rangka persegi diperkuat secara diagonal dalam bentuk kisi Euplectella aspergillum, spons laut dalam, memiliki rasio gaya-berat yang lebih tinggi daripada desain jaring tradisional yang telah digunakan selama berabad-abad dalam konstruksi bangunan dan jembatan.

“Kami telah menemukan bahwa strategi penguatan diagonal spons mencapai hambatan aliran tertinggi untuk sejumlah material tertentu, yang berarti kami dapat membangun struktur yang lebih kuat dan lebih tangguh dengan secara cerdas mengatur ulang material yang ada dalam struktur,” katanya. kata Matheus Fernandes, seorang mahasiswa pascasarjana di SEAS dan penulis pertama makalah tersebut.

“Dalam banyak bidang, seperti teknik kedirgantaraan, rasio gaya-berat dari suatu struktur sangat penting,” kata James Weaver, Ilmuwan Senior SEAS dan salah satu penulis makalah yang sesuai. “Geometri yang terinspirasi secara biologis ini dapat memberikan peta jalan untuk merancang struktur yang lebih ringan dan lebih kuat untuk berbagai aplikasi.”

Jika Anda pernah melintasi jembatan tertutup atau menyusun rak logam, Anda pernah melihat arsitektur retikulasi diagonal. Jenis desain ini menggunakan banyak bundel diagonal kecil, dengan jarak yang ketat untuk mendistribusikan beban yang diterapkan secara merata. Geometri ini dipatenkan pada awal tahun 1800-an oleh arsitek dan insinyur sipil Ithiel Town, yang menginginkan metode untuk membuat jembatan yang kokoh dengan bahan yang ringan dan ekonomis.

Arsitektur Bioinspired

Performa komposit yang bertransisi dari kerangka spons kaca di sebelah kiri ke reticle yang dilas berdasarkan baju besi di sebelah kanan, menyoroti sifat penelitian yang terinspirasi secara biologis. Kredit: Gambar milik Peter Allen, Ryan Allen, dan James C. Weaver / Harvard SEAS

“Kota ini telah mengembangkan cara sederhana dan ekonomis untuk menstabilkan struktur persegi dalam kisi-kisi, yang digunakan hingga saat ini,” kata Fernandes. “Itu melakukan tugasnya, tapi itu tidak optimal, menyebabkan material yang terbuang percuma atau berlebihan dan membatasi seberapa banyak kita bisa membangun. Salah satu pertanyaan utama yang memandu penelitian ini adalah, dapatkah kita membuat struktur ini lebih efisien dari perspektif alokasi material, yang pada akhirnya menggunakan lebih sedikit material untuk mencapai kekuatan yang sama? “

Untungnya, kacanya membengkak, kelompok yang mana Euplectella aspergillum – atau dikenal sebagai Venus‘Keranjang Bunga milik – memiliki permulaan hampir setengah miliar tahun di sisi penelitian dan pengembangan. Untuk menopang tubuh tubularnya, Euplectella aspergillum menggunakan dua set tulang rangka diagonal sejajar, yang berpotongan dan menyatu dengan kisi persegi di bawahnya, untuk membentuk pola kotak-kotak yang kaku.

“Kami telah mempelajari hubungan fungsi-struktur dalam sistem kerangka spons selama lebih dari 20 tahun, dan spesies ini terus mengejutkan,” kata Weaver.

Dalam simulasi dan eksperimen, para peneliti mereplikasi konsep ini dan membandingkan arsitektur kerangka spons dengan geometri jaringan yang ada. Desain spons melampaui semuanya, menahan beban lebih berat tanpa terbakar. Para peneliti menunjukkan bahwa struktur paralel diagonal yang disilang meningkatkan kekuatan struktur secara keseluruhan lebih dari 20 persen, tanpa perlu menambahkan material tambahan untuk mencapai efek ini.

“Penelitian kami menunjukkan bahwa pelajaran yang didapat dari studi sistem spons kerangka dapat dimanfaatkan untuk membangun struktur yang dioptimalkan secara geometris untuk menunda flare, dengan implikasi yang sangat besar untuk penggunaan material yang ditingkatkan dalam aplikasi infrastruktur modern.” , kata Katia Bertoldi, William dan Ami Kuan. Profesor Mekanika Terapan Danoff di SEAS dan penulis terkait studi ini.

Referensi: “Kisi yang kuat secara mekanis terinspirasi oleh spons kaca di air dalam” oleh Matheus C. Fernandes, Joanna Aizenberg, James C. Weaver dan Katia Bertoldi, 21 September 2020, Bahan Alam.
DOI: 10.1038 / s41563-020-0798-1

Kantor Pengembangan Teknologi Harvard telah melindungi kekayaan intelektual sehubungan dengan proyek ini dan sedang menjajaki peluang pemasaran.

Artikel ini juga disusun bersama Joanna Aizenberg, Profesor Amy Smith Berylson dari Ilmu Material dan Profesor Kimia dan Biologi Kimia di SEAS, dan penelitian ini sebagian didukung oleh National Science Foundation melalui Universitas Pusat Penelitian dan Teknik Ilmu Material Harvard DMR-2011754 dan NSF DMREF Grant DMR-1922321

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

“Doodle Ringan” Nyata dalam Waktu Nyata

Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah merancang dan menerapkan algoritme yang disederhanakan untuk mengubah garis yang digambar secara bebas menjadi hologram pada CPU...

Teleskop Webb NASA menyertakan tabir surya seukuran lapangan tenis untuk perjalanan jutaan kilometer

Kedua wajah tabir surya James Webb Space Telescope dinaikkan secara vertikal untuk mempersiapkan pelipatan lapisan tabir surya. Kredit: NASA / Chris Gunn Insinyur bekerja...

Mineralogi Hangat Global Mengelola Pusat Perlindungan Kehidupan Batin

Tim lapangan DeMMO dari kiri ke kanan: Lily Momper, Brittany Kruger, dan Caitlin Casar mengambil sampel air yang meledak dari toilet DeMMO. Pendanaan:...

Genom manusia modern tertua, direkonstruksi menggunakan DNA tengkorak berusia 45 tahun

Tengkorak dari Gua Zlatyk dekat Praha ini adalah milik orang modern paling awal yang diketahui di Eropa. Penulis: Marek Jantach Tengkorak fosil seorang wanita...

Peralihan rahasia yang luar biasa terbuka yang dapat merevolusi pengobatan serangan jantung

Para peneliti di Victor Chang Institute for Heart Research di Sydney telah menemukan gen baru yang penting yang kami harap dapat membantu jantung manusia...

Newsletter

Subscribe to stay updated.