"Лёгкие, как губка. Ключ от новой технологии учёные нашли на дне океана"

Оригинал статьи: Липецкий строитель, №10, октябрь 2020 г.

Мы в очередной раз убеждаемся, что природа – лучший источник вдохновения для изобретателей. Нам остаётся только тщательно её исследовать.

Инженеры из Гарварда утверждают, что нашли способ создавать более прочные и лёгкие конструкции, копируя скелеты глубоководных губок. Они показали, что построенные таким образом мосты будут на 20 % прочнее, чем конструкция стандартного решётчатого моста, впервые запатентованного в 1820 году. Ключ к разгадке находится в скелете губки Euplectella aspergillum, которая имеет усиленную по диагонали квадратную решётчатую конструкцию с более высоким соотношением прочности к весу, чем квадратные решётчатые конструкции, которые мы считаем само собой разумеющимися сегодня. Для поддержки своего трубчатого тела Euplectella имеет два взаимосвязанных набора параллельных диагональных скелетных распорок, которые сливаются с лежащей под ним квадратной сеткой, создавая узор шахматной доски. Используя моделирование и эксперименты, команда из Гарварда проверила архитектуру скелета губки в сравнении с существующей геометрией решётки и обнаружила, что конструкция губки может выдерживать более тяжёлые нагрузки без деформации. Без дополнительных материалов новая решётка увеличивает прочность конструкции на 20 %. 

Руководитель исследовательской группы Катя Бертольди говорит, что это будет иметь «огромное значение для более рационального использования материалов в современных инфраструктурных приложениях». В 1820 году американский архитектор и инженер-строитель Итиэль Таун запатентовал мост с решётчатой фермой, который до сих пор считается самым простым и экономичным способом стабилизации квадратных решётчатых конструкций. – Он выполняет свою работу, но не оптимально, а это приводит к бесполезному избыточному расходу материала и ограничению высоты объекта, который мы можем построить, – говорит Матеус Фернандес, аспирант, участвовавший в исследовании. Учёные обнаружили, что диагональное армирование, которое используют губки, обеспечивает максимальное сопротивление продольному изгибу для данного количества материала, а это означает, что можно создавать более прочные и упругие конструкции, разумно переставляя материал, используемый в структуре. Их статья «Механически прочные решётки, вдохновлённые глубоководными стеклянными губками» была опубликована в журнале Nature Materials. В исследовании принимали участие Гарвардский институт биологической инженерии Висса и Школа инженерии и прикладных наук Джона А. Полсона.