Исследователи разработали супрочные метаматериалы по образцу стеклянных губок

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Учёные из Калифорнийского университета в Беркли, Гарварда и Стамбульского технического университета разработали метод создания сверхпрочных и легких материалов, вдохновленных структурой морских стеклянных губок. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Стеклянные губки вида Euplectella aspergillum обитают на глубине свыше двух километров в Тихом океане и существуют тысячи лет. Их организм состоит из кремнеземных волокон, обладающих уникальной комбинацией легкости, прочности и гибкости. Ученые адаптировали эту природную архитектуру для создания искусственных метаматериалов — композитных материалов с инженерно спроектированной структурой, имеющей свойства, отсутствующие в природе. tella aspergillum

Художественная реконструкция Polygoniella turrelli gen. et sp. nov. из биоты Марджума. Иллюстрация Франца Антони, модифицирована по рисунку Дж. Б.
Художественная реконструкция Polygoniella turrelli gen. et sp. nov. из биоты Марджума. Иллюстрация Франца Антони, модифицирована по рисунку Дж. Б.
Автор: Гарвардский университет Источник: commons.wikimedia.org

Команда применила компьютерное моделирование методом конечных элементов и вычислительную гидродинамику для анализа поведения жидкости вокруг конструкций. Автоматизированная система смоделировала сотни вариантов структуры, оптимизируя каждый с целью максимизации прочности при одновременном снижении вибраций. Затем образцы были напечатаны на 3D-принтере методом стереолитографии и протестированы в лабораторных условиях.

Результаты превзошли ожидания исследователей. Оптимизированные решетчатые конструкции показали увеличение критической нагрузки при изгибе на 140 процентов по сравнению с базовыми вариантами. При этом материалы снизили сопротивление потока, подъемную силу и вихреобразование с пористостью всего пять процентов.

Креветка, обитающая в стеклянной губке на восточной стороне пролива Мона у берегов Пуэрто-Рико.
Креветка, обитающая в стеклянной губке на восточной стороне пролива Мона у берегов Пуэрто-Рико.
Автор: Управление океанографических исследований NOAA, Из Источник: commons.wikimedia.org

Разработанный подход решает критическую инженерную задачу: когда воздушные или водяные потоки обтекают объекты, они создают вихри, вызывающие опасные колебания. Небоскребы на сильном ветру, детали самолетов и подводные трубопроводы могут разрушиться под воздействием таких вибраций. Новая конструкция позволяет потокам плавно проходить через материал, минимизируя колебания без добавления веса.

Профессор Костас Григоропулос отметил, что впервые в проектировании метаматериалов удалось одновременно оптимизировать структурные и гидродинамические характеристики. Это открывает применение в авиаконструкции, морских сооружениях и микромедицине, включая имплантируемые стенты.

Живая стеклянная губка (Hexactinellida), похожая на белый помпон.
Живая стеклянная губка (Hexactinellida), похожая на белый помпон.
Автор: НОАА Рыболовство Источник: commons.wikimedia.org

Технология метаматериалов с биомиметическим дизайном представляет значительный потенциал для создания конструкций, способных выдерживать экстремальные условия при минимальном весе, что критично для энергоэффективности современной инженерии.

Источник: newatlas

Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Почему хурма вяжет рот и как убрать этот неприятный эффект?

Обожаю осень не только за золотые листья, но и за хурму. Помните этот момент, когда покупаешь красивый, ярко-оранжевый плод, откусываешь с предвкушением… и тут рот начинает «вязать» так,...

Почему молоко убегает из кастрюли, хотя вода при кипении ведёт себя иначе?

Знаете это чувство? Поставил молоко для каши, отвернулся буквально на секунду — телефон завибрировал, сообщение глянул, — а на плите уже вовсю разворачивается пенная драма....

Физики заставили пустоту рождать материю и антиматерию: как ультрахолодные атомы показали неуловимый процесс

В классической физике вакуум определяется просто — это пространство, в котором нет ни одной частицы вещества. Однако квантовая механика запрещает существование абсолютной пустоты....

Почему кремний-углеродные аккумуляторы могут навсегда изменить рынок смартфонов?

Знакома ситуация, когда к трем часам дня телефон уже жалобно просит розетку, а повербанк становится постоянным спутником в сумке? Мы привыкли мириться с тем, что ради тонкого и изящного корпуса...

Сельпо: почему сельские магазины в СССР называли именно так и что означало это название

В советское время в любой деревне и небольшом селе был свой магазин с вывеской «Сельпо». Фразы «Сбегай-ка в сельпо», «Что сегодня дают в сельпо?», «Сходи по хлеб в сельпо» были понятны всем....

Почему яйца иногда чистятся идеально, а иногда скорлупа отходит вместе с белком?

Наверняка каждый сталкивался с такой ситуацией: варишь яйца, вроде бы всё делаешь одинаково, но результат каждый раз разный. Одни чистятся буквально за несколько секунд, скорлупа отходит...