Celosía mecánicamente robusta inspirada en la naturaleza
Esta humilde esponja de cristal de aguas profundas puede inspirar una nueva generación de construcción.
Se sabe desde hace mucho tiempo que la cesta de flores de Venus o regadera filipina (Euplectella aspergillum) es resistente, pero ahora los ingenieros de la Universidad de Harvard, EE. UU., han demostrado que su estructura esquelética tiene una relación resistencia-peso más alta que los diseños de celosía tradicionales utilizados durante siglos en edificios y puentes.
"Descubrimos que la estrategia de refuerzo diagonal de la esponja logra la mayor resistencia al pandeo para una cantidad determinada de material, lo que significa que podemos construir estructuras más fuertes y resistentes reorganizando inteligentemente el material existente dentro de la estructura", dice Matheus Fernandes, primer autor del artículo.
Para sostener su cuerpo tubular, E. aspergillum emplea dos conjuntos de puntales esqueléticos diagonales paralelos que se cruzan y se fusionan a una cuadrícula cuadrada subyacente, para formar un robusto patrón similar a un tablero de ajedrez.
En simulaciones y experimentos, Fernandes y sus colegas replicaron este diseño y compararon la arquitectura esquelética de la esponja con las geometrías de celosía existentes. El diseño de la esponja los superó a todos, dicen, soportando cargas más pesadas sin doblarse.
La investigación mostró que la estructura en diagonal cruzada paralela emparejada mejoró la resistencia estructural general en más de un 20%, sin la necesidad de agregar material adicional para lograr este efecto.
Imagen: Representación compuesta que pasa de un esqueleto de esponja vítrea a la izquierda a una celosía soldada a base de barras de refuerzo a la derecha, lo que destaca la naturaleza de inspiración biológica de la investigación.
"En muchos campos, como la ingeniería aeroespacial, la relación resistencia-peso de una estructura es de vital importancia", dice James Weaver, autor correspondiente. "Esta geometría de inspiración biológica podría proporcionar una hoja de ruta para diseñar estructuras más ligeras y resistentes para una amplia gama de aplicaciones".
Los investigadores creen que su enfoque puede extenderse para diseñar estructuras en una amplia gama de escalas de longitud, pero ten en cuenta que en su artículo que su análisis "no tuvo en cuenta el efecto de la gravedad, que podría convertirse en una fuente importante de carga para estructuras a gran escala".
El artículo ha sido publicado en Nature Materials: Mechanically robust lattices inspired by deep-sea glass sponges
