Deniz Süngerleri Yeni Nesil Gökdelenlere ve Köprülere İlham Verecek

Fotoğraf: Euplectella aspergillum’un iskeleti, derin suda bir deniz süngeri. Kredi: Matheus Fernandes / Harvard SEAS

Süngerler hakkında düşündüğümüzde, yumuşak ve yumuşacık bir şey düşünme eğilimindeyiz. Ancak Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’ndan (SEAS) araştırmacılar, yeni nesil daha güçlü ve daha uzun binalar, daha uzun köprüler ve daha hafif uzay aracı için ilham kaynağı olarak deniz süngerlerinin camsı iskeletlerini kullanıyor.

Nature Materials’da yayınlanan yeni bir makalede , araştırmacılar , derin deniz süngeri olan Euplectella aspergillum’un çapraz olarak güçlendirilmiş kare kafes benzeri iskelet yapısının , geleneksel kafes tasarımlarına göre daha yüksek bir güç / ağırlık oranına sahip olduğunu gösterdi. Yüzyıllardır bina ve köprü yapımında kullanılmaktadır.

Yüksek lisans öğrencisi Matheus Fernandes, “Süngerin çapraz güçlendirme stratejisinin belirli bir malzeme miktarı için en yüksek burkulma direncine sahip olduğunu gördük, bu da yapı içindeki mevcut malzemeyi akıllıca yeniden düzenleyerek daha güçlü ve daha dayanıklı yapılar inşa edebileceğimiz anlamına geliyor” dedi.

SEAS Kıdemli Bilim Adamı ve makalenin ilgili yazarlarından biri olan James Weaver, “Havacılık ve uzay mühendisliği gibi birçok alanda, bir yapının kuvvet-ağırlık oranı kritik derecede önemlidir” dedi. “Biyolojiden ilham alan bu geometri, çok çeşitli uygulamalar için daha hafif, daha güçlü yapılar tasarlamak için bir yol haritası sağlayabilir.”

Daha önce kapalı bir köprüden geçtiyseniz veya metal bir depolama rafını bir araya getirdiyseniz, çapraz kafes mimarileri gördünüz. Bu tip tasarım, uygulanan yükleri eşit olarak dağıtmak için çok sayıda küçük, yakın aralıklı çapraz kirişler kullanır. Bu geometri 1800’lerin başında , hafif ve ucuz malzemelerden sağlam köprüler yapmak için bir yöntem isteyen mimar ve inşaat mühendisi Ithiel Town tarafından patentlendi .

Fernandes, “Kasaba, kare kafes yapıları stabilize etmek için bugün bile alışılmış olan basit ve uygun maliyetli bir yol geliştirdi” dedi. “İşi halleder, ancak optimal değildir, bu da malzemenin boşa harcanmasına veya gereksiz yere ne kadar uzun inşa edebileceğimize dair bir sınıra yol açar. Bu araştırmayı yönlendiren ana sorulardan biri, bu yapıları malzeme tahsisi açısından daha verimli hale getirebilir miyiz , nihayetinde aynı gücü elde etmek için daha az malzeme kullanmak mı? ”

Neyse ki, Euplectella aspergillum’un ait olduğu grup olan – Venüs’ün Çiçek Sepeti olarak da bilinen – cam süngerler , araştırma ve geliştirme tarafında neredeyse yarım milyar yıllık bir avantaja sahipti. Boru şeklindeki gövdesini desteklemek için, Euplectella aspergillum, sağlam bir dama tahtası benzeri desen oluşturmak için üstte kesişen ve alttaki bir kare ızgaraya kaynaşan iki paralel diyagonal iskelet desteği kullanır.

Weaver, “20 yıldan fazla bir süredir sünger iskelet sistemlerinde yapı-işlev ilişkileri üzerinde çalışıyoruz ve bu türler bizi şaşırtmaya devam ediyor” dedi.

Simülasyonlarda ve deneylerde, araştırmacılar bu tasarımı kopyaladılar ve süngerin iskelet mimarisini mevcut kafes geometrileriyle karşılaştırdılar. Sünger tasarımı, daha ağır yüklere bükülmeden dayanarak hepsinden daha iyi performans gösterdi. Araştırmacılar, eşleştirilmiş paralel çapraz çapraz yapının, bu etkiyi elde etmek için ek malzeme eklemeye gerek kalmadan genel yapısal gücü yüzde 20’den fazla artırdığını gösterdi.

William ve Ami Kuan’dan Katia Bertoldi, “Araştırmamız, sünger iskelet sistemleri çalışmasından öğrenilen derslerin, burkulmayı geciktirmek için geometrik olarak optimize edilmiş yapılar inşa etmek için yararlanılabileceğini gösteriyor.

Kaynak: phys.org