Морские губки — странные существа: технически это животные, но без мозгов и органов, однако оснащенные настолько передовыми инженерными решениями, что они заставили бы побледнеть наших лучших архитекторов. Я часто думаю о том, насколько мы самонадеянны, убежденные в том, что являемся бесспорными гениями планеты, в то время как природа на протяжении миллионов лет проводила эксперименты по конструированию, которые мы только сейчас начинаем расшифровывать. И я благословляю, говоря об этом часто, биомиметика.
Именно это и произошло сУниверситет RMIT в Австралии, где группа исследователей сосредоточила свое внимание на особой морской губке, называемой «корзина Венеры». Его легкая, но невероятно прочная решетчатая структура обеспечила модель для материала, который мог бы сделать наши здания более долговечными и устойчивыми, значительно сократив использование бетона и стали.
Скрытая сила морских губок
Губки, обитающие в глубинах океана, — это не просто любопытные предметы для ванной комнаты: они скрывают в себе необычайный инженерный секрет. Их кажущаяся хрупкой решетчатая структура на самом деле невероятно жесткая и прочная. КомандаУниверситет RMIT Он глубоко изучил двойную решетку, присутствующую в их скелете, обнаружив не только впечатляющее сопротивление, но и поведение ауксетический (способность сокращаться при сжатии).
Еще несколько слов об этой способности – Большинство материалов становятся тоньше при растяжении или расширяются при сжатии, например, резина. Ауксетические материалы действуют совершенно противоположно. И это немаловажно: это значит, что они могут чрезвычайно эффективно поглощать и распределять энергию удара. Представьте себе здания, которые вместо того, чтобы рухнуть, «поглощают» энергию землетрясения; Это звучит почти как научная фантастика, но природа делает это уже тысячелетиями.
Il Доктор Цзямин Ма, автор исследования, опубликованного на Композитные конструкции в январе прошлого года (Я связываю это здесь), показали, что при объединении решеток в структуру, похожую на морскую губку, выбранный материал может поглощать больше энергии и выдерживать большее напряжение перед деформацией. Давайте теперь поговорим о данных, чтобы помочь вам лучше понять.
Производительность, меняющая правила игры
Используя то же количество материала, эта так называемая «биовдохновленная» структура (БВС) обеспечивает в 13 раз большую жесткость, чем существующие ауксетические материалы, например, те, которые используются в сердечных стентах. Мало того, он поглощает на 10% больше энергии и демонстрирует на 60% больший диапазон деформации, чем существующие конструкции. Проще говоря, он может деформироваться гораздо сильнее, прежде чем начнет ломаться.
Исследователи протестировали данную конструкцию BLS, напечатав на 3D-принтере образец из термопластичного полиуретана (TPU 95A). Следующий шаг? Изготовить стальные версии для использования с бетоном, чтобы проверить его свойства как строительного материала. И здесь вопрос становится действительно интересным для нашего будущего городского планирования.
Мы разрабатываем более экологичный строительный материал, используя уникальное сочетание исключительных ауксетических свойств, жесткости и поглощения энергии, заложенное в нашей конструкции, чтобы сократить использование стали и бетона в строительстве.
И это еще не все. Его ауксетические и энергопоглощающие характеристики помогают гасить вибрации во время землетрясений. В эпоху, когда стихийные бедствия, по-видимому, участились, это может стать серьезным прорывом.
За пределами строительства: многогранное будущее
Конструкция BLS может также найти применение в защитном спортивном оборудовании и медицинских изделиях, которые должны быть легкими, но прочными. Последствия огромны; из защита спортсменов все создание более функциональных протезовморские губки могут произвести революцию в целых отраслях промышленности.
Меня завораживает, как решение сложных проблем снова приходит к нам из глубин океана, из безмолвной эволюционной лаборатории, которая работает уже миллионы лет. Морские губки — не просто примитивные животные, они — искусные инженеры, которые усовершенствовали свои структуры путем проб и ошибок на протяжении многих веков.
И мы, со всеми нашими технологиями и претензиями, наконец-то становимся достаточно скромными, чтобы слушать. Возможно, это и есть настоящий прогресс: не изобретать с нуля, а учиться видеть то, что всегда было у нас перед глазами. Или нет?
