Kiedy myślimy o gąbkach, zwykle myślimy o czymś miękkim i gąbczastym. Jednak naukowcy z Uniwersytetu Harvarda używają szklistych szkieletów gąbek morskich jako inspiracji dla następnej generacji mocniejszych i wyższych budynków, dłuższych mostów i lżejszych statków kosmicznych.
W badaniu finansowanym przez amerykańską National Science Foundation opublikowanym w Nature Materials, naukowcy wykazali, że przypominająca kratkę struktura szkieletowa Euplectella aspergillum, głębinowej gąbki morskiej, ma wyższy stosunek wytrzymałości do masy niż tradycyjne konstrukcje kratowe, które były używane Od wieków w budowie budynków i mostów.
” Stwierdziliśmy, że strategia wzmocnienia ukośnego gąbki zapewnia najwyższą odporność na wyboczenie dla danej ilości materiału, co oznacza, że możemy budować mocniejsze i bardziej sprężyste konstrukcje poprzez przestawianie istniejącego materiału w konstrukcji ” – powiedział Matheus Fernandes.
Jeśli kiedykolwiek przechodziłeś przez zakryty most lub składałeś metalową półkę do przechowywania, widziałeś ukośną architekturę kratową. Ten typ konstrukcji wykorzystuje wiele małych, rozmieszczonych blisko siebie belek ukośnych, aby równomiernie rozłożyć przyłożone obciążenia. Geometria została opatentowana na początku XIX wieku przez architekta i inżyniera budowlanego Ithiel Town, który poszukiwał metody wykonywania solidnych mostów z lekkich i tanich materiałów.
„Miasto opracowało prosty i opłacalny sposób stabilizacji kwadratowych struktur kratowych, który jest używany do dziś” – powiedział Fernandes. Wykonuje swoje zadanie, ale nie jest optymalne, co prowadzi do marnowania lub zbędnych materiałów i ograniczenia wysokości, jaką możemy zbudować. Jednym z głównych pytań napędzających te badania było: Czy możemy zwiększyć wydajność tych konstrukcji, ostatecznie używając mniejszej ilości materiału, aby osiągnąć tę samą wytrzymałość?
Na szczęście gąbki szklane, grupa, do której należy E. aspergillum — inaczej znany jako Kosz Kwiatów Wenus — miała prawie pół miliarda lat przewagi w dziedzinie badań i rozwoju. Aby podeprzeć swój rurowy korpus, E. aspergillum wykorzystuje dwa zestawy równoległych ukośnych rozpórek szkieletowych, które przecinają się i są połączone z podstawową kwadratową siatką, tworząc solidny wzór przypominający szachownicę.
„Struktury gąbek morskich inspirują nie tylko drapacze chmur i mosty, ale mają potencjał przyspieszenia odkrywania i opracowywania lekkich, porowatych materiałów o doskonałych właściwościach mechanicznych” – powiedział Peter Anderson, dyrektor programu w Wydziale Badań Materiałowych NSF.