深海的這種柔軟生物，為建造更堅固的新一代摩天大樓帶來啓發_風聞
Science_北京-不惧过往，不畏将来！2020-09-23 15:06
研究人員受深海海綿的玻璃骨架啓發，正致力於將其格狀骨架結構運用於新一代建築的建造中。
深海海綿阿氏偕老同穴的骨架結構。
每當談及海綿，我們的腦海中往往會浮現出一團柔軟、黏糊糊的物質。
《自然·材料學》雜誌當地時間9月21日報道，美國哈佛大學工程與應用科學學院的研究人員受深海海綿（Euplectella aspergillum）的骨骼結構啓發，正致力於將它的“對角增強”格狀骨架運用於新一代高樓、橋樑及輕型航天器的建設中。
這種格狀骨架具有比傳統斜條格構更高的強度質量比。
論文作者、SEAS研究生Matheus Fernandes説：“我們發現，Euplectella aspergillum的對角強化策略，使其能在給定材料數量下達到最強抗彎性。借鑑這種策略，工程師們可以重新設計現有材料的排布方式，從而構建更強大、更具彈性的結構。”
論文作者、SEAS資深科學家James Weaver補充説：“在航空航天工程等領域，結構的強度質量比是非常重要的。我們設計的這種仿生幾何結構，可以為更輕便更穩固的應用設計提供思路。”
玻璃海綿骨架（左）向焊接鋼筋基斜條格構的過渡（渲染效果）。
對角格結構常見於帶頂棚的橋和金屬儲存架中。這種結構設計通過許多小型、緊密間隔的對角梁均勻分攤載荷，並且一直沿用至今。
Fernandes提出質疑：“這種方法有一些缺點，例如浪費材料、建造高度受限等。我們能否從材料分配的角度出發，用最少的材料達到最高的強度？”
這時，來自深海的玻璃海綿進入了Fernandes團隊的視野。玻璃海綿為了支撐自己的管狀體，將兩套平行的對角骨骼支柱交叉、融合到正方形網格中，形成了一組穩固的棋盤狀圖案。
Weaver説：“20多年來，我們一直在研究海綿骨骼系統的結構-功能關係。然而時至今日，這個物種仍然讓我們感到驚訝。”
在模擬實驗中，研究人員發現，仿生海綿系統可將整體結構強度提高20%以上，並且無需額外添加任何材料就能達到這一效果。
論文作者、SEAS應用力學教授Katia Bertoldi評價道：“海綿骨骼系統可延遲結構失穩，推動材料在現代基礎設施建設中的合理化應用。”
編譯：雷鑫宇
審稿：西莫
責編：陳之涵
期刊來源：《自然·材料學》
期刊編號：1476-1122
原文鏈接：
https://phys.org/news/2020-09-marine-sponges-skyscrapers-bridges.html
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