Коли ми думаємо про губки, ми схильні думати про щось м’яке. Але дослідники Гарвардського університету використовують скелети морських губок як натхнення для наступного покоління міцніших і вищих будівель, довших мостів і легших космічних кораблів.
У дослідженні, що фінансується Національним науковим фондом США, опублікованому в Nature Materials , вчені показали, що решітчаста скелетна структура Euplectella aspergillum, глибоководної морської губки, має більш високе відношення міцності до ваги, ніж традиційні конструкції решітки, які використовувались століттями у будівництві будівель та мостів.
“Ми виявили, що стратегія діагонального зміцнення губки досягає найвищої стійкості до вигинання для певної кількості матеріалу, а це означає, що ми можемо будувати більш міцні та стійкі конструкції, переставляючи існуючий матеріал у структурі”, – сказав Матеус Фернандес, перший автор статті.
Якщо ви коли-небудь проходили критим мостом або складали металеву полицю для зберігання, ви бачили діагональні архітектурні решітки. Цей тип конструкції використовує безліч маленьких, близько розташованих діагональних балок для рівномірного розподілу прикладеного навантаження. Геометрія була запатентована на початку 1800-х років архітектором та інженером-будівельником Ітіелом Тауном, який хотів, щоб метод робив міцні мости з легких та дешевих матеріалів.
“Місто розробило простий, економічно вигідний спосіб стабілізації квадратних гратчастих конструкцій, який використовується донині”, – сказав Фернандес. “Це робить роботу, але це не оптимально, що призводить до втрати або зайвого матеріалу та обмеження того, наскільки високо ми можемо побудувати. Одним з основних питань, що рухали це дослідження, було: чи можемо ми зробити ці конструкції більш ефективними, зрештою, використовуючи менше матеріалу для досягнення тієї ж міцності?”
На щастя, скляні губки, до якої належить E.aspergillum – інакше відома як Квітковий кошик Венери – мали майже півмільярда років досліджень та розробок. Для підтримки свого трубчастого тіла E.aspergillum використовує два набори паралельних діагональних скелетних стійок, які перетинаються і злиті з підкладеною квадратною сіткою, створюючи міцний шаховий малюнок.
“Структури морських губок надихають не тільки на хмарочоси та мости, але мають потенціал прискорити відкриття та розробку легких, пористих матеріалів з чудовими механічними властивостями”, – сказав Пітер Андерсон, директор програми підрозділу досліджень матеріалів NSF.