Si një nga strukturat më spektakulare të natyrës, sponxhat e llojit “Venus’ flower basket” mund të jetojnë mijëra vjet dhe janë të vendosur në thellësi, më shumë se 2 km (3.300 metra) nën sipërfaqen e Oqeanit Paqësor. Këto struktura, të përbëra nga materiale silikate të lehta, të qëndrueshme dhe fleksibëlë, me formë qepë, ofrojnë një mundësi të shkëlqyer për biomimetikë në aviacion dhe arkitekturë.
Duke u bazuar në një studim të mëparshëm, një ekip hulumtuesish nga Universiteti i Kalifornisë në Berkeley dhe Universiteti i Harvardit në SHBA, si dhe Universiteti Teknik i Stambullit në Turqi, përshkruajnë metodën e tyre automatizuar në simulime, me qëllim kombinimin dhe optimizimin e disa prej aspekteve më të dobishme të inxhinierisë të prezantuara në sponxhat “Venus’ flower basket”, në materiale metamorfike të reja. Rezultatet e tyre janë publikuar në revistën “Nature Communications”.
Sipas Costas Grigoropoulos, autorit kryesor, qasja e ekipi të tij mund të “optimizojë përgjigjen strukturore dhe fluide të materialit tonë – diçka që nuk është bërë kurrë më parë në dizajnin e materialeve metamorfike”. Më tej, profesori i inxhinierisë mekanike në Harvard thekson se kjo metodë mund të çojë në dizajne për “materiale të reja, të lehta dhe me performancë të lartë në shumë fusha, përfshirë strukturat ajrore dhe strukturat biologjike”.
Sipas Timon Meier, bashkë-autorit kryesor, ekipi kishte për qëllim të krijonte një strukturë me masë të ulët, e cila, megjithatë, të ishte “mjaft e fortë mekanikisht për të rezistuar ndaj një force të madhe pa dëmtuar”. Kërkuesi i pasdoktoratur në Departamentin e Inxhinierisë Mekanike të UC Berkeley shpjegoi një qëllim tjetër: “Nga ana fluide, ne u përpojuam të krijonim një strukturë që nuk është e prirur ndaj vibracioneve ose ndaj ngarkesave fluide që mund të shkaktojnë dëmtime”.
Ndërkohë që biomimetika e një animali marinë mund të duket një rrugë e qartë për dizajne inovative për mjete nënujore dhe ndërtesa, qasja e ekipiut aplikohet edhe në ndërtesa tokësore. Kur ajri ose lëngjet qarkullojnë rreth objekteve të forta, ato mund të krijojnë turbulenca dhe, si rrjedhojë, oscillations që vibrojnë ose madje tronditin këto objekte, siç ndodh me kullat e larta që lëkunden në erë të fortë. Nëse një kullë ekspozohet në erë të fortë për një kohë të gjatë, ajo mund të dështojë katastrofikisht.
“Ne u përpojuam të zhvillojmë një dizajn ku rrjedhja, në këtë rast uji, kalon butësisht përmes dhe rreth strukturës, pa shkaktuar vibracione”, thotë Meier.
Për të arritur këtë, ekipi përdori Analizën me Elementet e Përfundësuara (FEA) për mekanikën dhe Dinamikën Kompjuterike të Lëngjeve (CFD) për sjelljen e rrjedhjes. Pas programimit me cilësitë funksionale të shumë objekteve, procesi i automatizuar simon dhe analizon qindra opsione dizajni, duke optimizuar në çdo iteracion deri në arritjen e dizajnit më të mirë të mundshëm.
Në këtë fazë, ekipi printon 3D materialin me stereolitografi për testimet e kompresimit në botën reale dhe eksperimentet e imazhit të shpejtësisë së grimcave. Siç shkruajnë autorët në punimin e tyre, rezultatet kanë qenë të jashtëzakonshme. “Rastet e optimizuara arrijnë një rritje mesatare prej 140% në ngarkesën kritike të deformimit nëpër të gjithë gamën e volumit, duke reduktuar në të njëjtën kohë rezistencën, ngritjen dhe shkëputjen e turbulencave në porositet deri në 5%”, shkruajnë ata.
Grigoropoulos shprehet se është i kënaqur me “rezultatet mjaft të rëndësishme” të ekipiut. “Ne demonstruam se si mund të rrisim ngarkesën që një strukturë mund të mbajë, thjesht duke ndryshuar dizajnin e saj gjeometrik dhe pa rritur volumit”.
Përdorimet e ardhshme të kësaj metode përfshijnë një numër të madh strukturash dhe materialesh më të forta dhe më të lehta, të cilat kanë nevojë për mbrojtje nga vibrimet dhe tronditjet. Këto variojnë nga industri të mëdha, si pjesët e aeroplanëve dhe tubacionet nënujore, deri në fusha mikromjekësore, si stentet që e mbajnë të hapur kanalin e trupit për lëngjet trupore.
Burimi: UC Berkeley
Burimi: newatlas.com
