曲霉菌的骨架(ma透斯·费尔南德斯/哈佛SEAS)

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智能重组:海绵如何掌握更轻更强结构的线索

2020年9月22日| GCR员工|0评论

哈佛大学的工程师们声称,他们已经找到了一种方法,通过复制深海海绵的骨骼,设计出更坚固、更轻甚至更高的结构。

他们说,以这种方式建造的桥梁将比1820年首次获得专利的标准格构桁架桥梁的设计强度高出20%。

线索就在海绵曲霉菌的骨架上,它具有对角强化的方形格子设计,比我们今天认为理所当然的方形格子结构具有更高的强度-重量比。

为了支撑其管状的身体,Euplectella有两套相互连锁的平行对角骨架支柱,融合到一个潜在的方形网格,创造一个棋盘图案。

通过模拟和实验,哈佛大学的团队测试了海绵的骨骼结构与现有的晶格几何结构,发现海绵设计可以承受更重的载荷而不弯曲。

在不使用任何额外材料的情况下,实现了20%的额外结构强度。

卡蒂亚·贝托尔迪博士是这项研究的通讯作者,这将“对改善现代基础设施应用中的材料使用产生巨大影响”。

1820年,美国建筑师和土木工程师Ithiel Town申请了格构桁架桥的专利,这仍然被认为是一种简单、经济有效的稳定方形格构结构的方法。

从左边的玻璃海绵骨架到右边以钢筋为基础的焊接晶格的合成渲染,突出了这项研究的生物学灵感本质(Peter Allen, Ryan Allen和James C. Weaver/Harvard SEAS)

“它能完成任务,但不是最佳的,导致浪费或多余的材料,并限制了我们能建多高,”参与这项研究的研究生马休斯·费尔南德斯(mametheus Fernandes)说。

“我们发现,海绵的对角线加固策略在一定数量的材料中实现了最高的抗屈曲能力,这意味着我们可以通过智能地重新安排结构内现有的材料来建造更强、更有弹性的结构。”

他们的论文《受到深海玻璃海绵的启发,机械坚固的格子》已经被证实发表在《华尔街日报》,自然材料

哈佛大学技术发展办公室(Harvard Office of Technology Development)正在保护该项目的知识产权,因为它计划将这项研究商业化。

参与这项研究的是哈佛大学威斯生物工程研究所和约翰保尔森工程与应用科学学院。

上图:曲霉菌的骨架(ma透斯·费尔南德斯/哈佛SEAS)