哈佛大学约翰·阿·利亚·布伦斯著
保尔森工程和应用科学学院 龙舌兰的骨骼，一种深水海洋海绵
荣誉:马修斯·费尔南德斯/哈佛·SEAS 当我们想到海绵的时候，我们往往会想到一些柔软而黏糊糊的东西
但是哈佛大学的研究人员
鲍尔森工程和应用科学学院(SEAS)正在使用海绵的玻璃骨架作为下一代更坚固更高的建筑、更长的桥梁和更轻的宇宙飞船的灵感来源
在《自然材料》杂志上发表的一篇新论文中，研究人员表明，斜向加固的方形网格状阿斯伯格龙骨架结构(一种深水海洋海绵)比数百年来用于建筑和桥梁的传统网格设计具有更高的强度重量比
该论文的第一作者、SEAS大学的研究生马休斯·费尔南德斯说:“我们发现，对于给定的材料量，海绵的对角加固策略可以获得最高的抗屈曲能力，这意味着我们可以通过智能地重新排列结构中现有的材料来建造更坚固、更有弹性的结构。”
“在许多领域，如航空航天工程，结构的强度重量比是至关重要的，”詹姆斯·韦弗说，他是SEAS大学的高级科学家，也是该论文的相应作者之一
“这种受生物学启发的几何形状可以为设计更轻、更坚固的结构提供路线图，以适应广泛的应用
" 龙舌兰的骨骼，一种深水海洋海绵
信用:视频片段由哈佛博克中心的学习实验室提供 如果你曾经走过一座廊桥，或者把一个金属储物架放在一起，你会看到对角的格子建筑
这种类型的设计使用许多小的、紧密间隔的对角梁来均匀分布施加的载荷
这种几何形状在19世纪早期由建筑师和土木工程师伊希尔镇申请了专利，他想用轻质廉价的材料建造坚固的桥梁
费尔南德斯说:“镇上开发了一种简单、经济的方法来稳定方形网格结构，这种方法一直沿用至今。”
“它完成了工作，但它不是最佳的，导致浪费或多余的材料，并限制了我们能建多高
推动这项研究的主要问题之一是，从材料分配的角度来看，我们能否使这些结构更有效，最终使用更少的材料来实现相同的强度？" 幸运的是，玻璃海绵，欧力克草属的群体——也被称为金星花篮——在研发方面领先了将近5亿年
为了支撑它的管状身体，欧力克草采用两组平行的对角骨骼支柱，它们交叉并融合在下方的正方形网格上，形成一个坚固的棋盘状图案
复合渲染，从左边的玻璃海绵骨架过渡到右边的焊接钢筋网格，突出了这项研究的生物学启发性
信用:图片由彼得·艾伦、瑞恩·艾伦和詹姆斯·C提供
韦弗/哈佛SEAS 韦弗说:“20多年来，我们一直在研究海绵骨骼系统的结构-功能关系，这些物种继续让我们感到惊讶。”
在模拟和实验中，研究人员复制了这种设计，并将海绵的骨骼结构与现有的网格几何结构进行了比较
海绵设计优于所有其他设计，能够承受更重的负载而不会弯曲
研究人员表明，成对的平行交叉对角结构将整体结构强度提高了20%以上，而不需要添加额外的材料来实现这一效果
“我们的研究表明，从海绵骨骼系统的研究中吸取的经验教训可以用来建造几何优化的结构，以延迟屈曲，这对于改善现代基础设施应用中的材料使用具有巨大的意义，”SEAS大学应用力学威廉和阿米·宽·达诺夫教授以及该研究的相应作者卡蒂亚·贝尔托尔迪说
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