اسفنج دریایی از مواد تراکم پذیر فوق العاده قوی الهام می‌گیرد

مهندسان دانشگاه RMIT با الهام از اسفنج فروتن در اعماق دریا، ماده جدیدی با مقاومت فشاری و سفتی قابل توجه ایجاد کرده‌اند که می‌تواند طراحی‌های معماری و محصول را بهبود بخشد.

کد خبر: ۱۲۳۶۸۳۱

شنبه - ۱۸ اسفند ۱۴۰۳ / March 08, 2025

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، مهندسان دانشگاه RMIT با الهام از اسفنج فروتن در اعماق دریا، ماده جدیدی با مقاومت فشاری و سفتی قابل توجه ایجاد کرده‌اند که می‌تواند طراحی‌های معماری و محصول را بهبود بخشد.

طراحی شبکه دوتایی از اسکلت پیچیده یک اسفنج در اعماق دریا به نام سبد گل زهره الهام گرفته شده است که در اقیانوس آرام زندگی می‌کند.

دکتر جیامینگ ما، نویسنده ارشد آخرین مطالعه RMIT در مورد ساختار، گفت که آزمایش و بهینه‌سازی گسترده ترکیبی چشمگیر از سفتی و استحکام را نشان می‌دهد که با توانایی انقباض در هنگام فشرده‌سازی ترکیب شده است.

این آخرین جنبه - که به عنوان رفتار آکستیک شناخته می‌شود - است که طیف وسیعی از امکانات را برای اعمال طراحی در مهندسی سازه و سایر برنامه‌ها باز می‌کند.

ما گفت: در حالی که بیشتر مواد هنگام کشیده شدن نازک‌تر یا در هنگام له شدن چاق‌تر می‌شوند، مانند لاستیک، اکستیک‌ها برعکس عمل می‌کنند.

اکستیک‌ها می‌توانند انرژی ضربه‌ای را به طور موثر جذب و توزیع کنند و بسیار مفید باشند.

مواد تقویت کننده طبیعی شامل تاندون‌ها و پوست گربه هستند، در حالی که مواد مصنوعی برای ساخت استنت‌های قلبی و عروقی استفاده می‌شوند که در صورت لزوم منبسط و منقبض می‌شوند.

اما در حالی که مواد آکستیک دارای خواص مفیدی هستند، سختی کم و ظرفیت جذب انرژی محدود آنها، کاربرد آنها را محدود می‌کند. طراحی شبکه دوتایی این تیم با الهام از طبیعت بسیار مهم است، زیرا بر این اشکالات اصلی غلبه می‌کند.

ما از دانشکده مهندسی RMIT گفت: هر شبکه به تنهایی رفتار تغییر شکل سنتی دارد، اما اگر آنها را مانند طبیعت در اسفنج اعماق دریا ترکیب کنید، خود را تنظیم می‌کند و شکل خود را حفظ می‌کند و با اختلاف قابل توجهی از مواد مشابه بهتر عمل می‌کند.

نتایج منتشر شده در کامپوزیت Structures نشان می‌دهد که با همان میزان استفاده از مواد، شبکه ۱۳ برابر سفت‌تر از مواد آکستیک موجود است که بر اساس طرح‌های لانه زنبوری با ورود مجدد هستند.

همچنین می‌تواند ۱۰% انرژی بیشتری جذب کند و در عین حال رفتار اکستیک خود را با ۶۰% محدوده کرنش بیشتر نسبت به طرح‌های موجود حفظ کند.

ساختار شبکه دوتایی تیم (سمت چپ) بهتر از طرح استاندارد لانه زنبوری با ورود مجدد (راست) است. ساختار شبکه دوتایی تیم (سمت چپ) بهتر از طرح استاندارد لانه زنبوری با ورود مجدد (راست) است.

دکتر Ngoc San Ha گفت که ترکیب منحصر‌به‌فرد این ویژگی‌ها چندین کاربرد هیجان انگیز را برای مواد جدید آنها باز کرد.

او گفت: این شبکه اکستیک الهام‌گرفته شده، محکم‌ترین پایه‌ای را برای ما برای توسعه نسل بعدی ساختمان‌های پایدار فراهم می‌کند.

Ngoc San Ha ادامه داد: متاماده اکستیک ما با سفتی و جذب انرژی بالا می‌تواند مزایای قابل توجهی را در بخش‌های مختلف، از مصالح ساختمانی گرفته تا تجهیزات حفاظتی و تجهیزات ورزشی یا کاربرد‌های پزشکی ارائه دهد. "

ساختار شبکه‌ای الهام گرفته شده از زیست می‌تواند به عنوان یک قاب ساختمان فولادی عمل کند، به عنوان مثال، اجازه می‌دهد از فولاد و بتن کمتری برای دستیابی به نتایج مشابه با قاب‌های سنتی استفاده شود.

این ساختار همچنین می‌تواند پایه تجهیزات حفاظتی سبک وزن، جلیقه‌های ضد گلوله یا ایمپلنت‌های پزشکی باشد.

پروفسور افتخاری Mike Xie گفت: این پروژه ارزش الهام گرفتن از طبیعت را برجسته می‌کند.

زی می‌گوید: بیومیمیک نه تنها طرح‌های زیبا و ظریفی مانند این را ایجاد می‌کند، بلکه طرح‌های هوشمندی را نیز ایجاد می‌کند که طی میلیون‌ها سال تکامل بهینه‌سازی شده‌اند و ما می‌توانیم از آنها بیاموزیم.

تیم مرکز سازه‌ها و مواد نوآورانه RMIT این طرح را با استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری و آزمایش‌های آزمایشگاهی بر روی یک نمونه چاپ‌شده سه بعدی ساخته‌شده از پلی‌اورتان ترموپلاستیک آزمایش کرده‌اند.

آنها اکنون قصد دارند نسخه‌های فولادی این طرح را تولید کنند تا در کنار سازه‌های بتنی و خاکی - یک تکنیک ساخت‌وساز با استفاده از مواد خام طبیعی فشرده، استفاده کنند.

ما گفت: در حالی که این طراحی می‌تواند کاربرد‌های امیدوارکننده‌ای در تجهیزات ورزشی، PPE و کاربرد‌های پزشکی داشته باشد، تمرکز اصلی ما بر جنبه ساختمان و ساخت و ساز است.

ما در حال توسعه یک مصالح ساختمانی پایدارتر با استفاده از ترکیب منحصر‌به‌فرد طراحی خود از اکستیکی، سختی و جذب انرژی فوق‌العاده برای کاهش مصرف فولاد و سیمان در ساخت و ساز هستیم.

ویژگی‌های اکستیک و جذب انرژی آن همچنین می‌تواند به کاهش ارتعاشات در هنگام زلزله کمک کند.

این تیم همچنین در حال برنامه ریزی برای ادغام این طرح با الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای بهینه سازی بیشتر و ایجاد مواد قابل برنامه ریزی است.

رفتار اکستیک و ویژگی‌های جذب انرژی یک ساختار شبکه‌ای با الهام از اسفنج اعماق دریا " در Composite Structures منتشر شده است (DOI: ۱۰.۱۰۱۶/j.compstruct.۲۰۲۴.۱۱۸۸۳۵)