Ein ungewöhnlicher Schwamm aus den Tiefen des Ozeans hat das Interesse von Forschern geweckt. Der Grund dafür ist seine bemerkenswerte Fähigkeit, den Wasserfluss durch seinen Körper ohne Energieaufwand zu kontrollieren. Sie fanden heraus, dass die energiefreie Flusskontrolle des Schwamms zu energieeffizienten Designs inspirieren könnte.
Die Universität Rom Tor Vergata und die NYU Tandon School of Engineering haben kürzlich eine interessante Studie durchgeführt. Mithilfe einer hochauflösenden Computersimulation wurde untersucht, wie das Skelett des Venusblumen-Korbschwamms (Euplectella aspergillum) Strömungsenergie nutzt . Die Studie zeigt, wie der Schwamm langsame, abwärts gerichtete Strömungen in der Tiefsee aufnimmt und wie er diese in seine zentrale Körperhöhle leitet, um sich von Plankton und anderen darin schwebenden Nahrungspartikeln zu ernähren.
Die Studie wurde gemeinsam von Dr. Giacomo Falcucci von der Universität Tor Vergata in Rom und Prof. Maurizio Porfiri vom NYU Tandon Institute geleitet.
Dr. Falcucci sagt: „ Aus ingenieurtechnischer Sicht weist das Skelettsystem des Schwamms bemerkenswerte Anpassungen an seine Umgebung auf, nicht nur in struktureller Hinsicht, sondern auch im Hinblick auf seine fluiddynamischen Eigenschaften.“
„ Der Schwamm hat eine elegante Lösung gefunden, um die Nährstoffversorgung zu maximieren, und das ausschließlich durch passive Mechanismen “, fügte Dr. Falcucci hinzu.
Forschungsmethode und verwendete Werkzeuge
Das italienische Supercomputing-Zentrum CINECA stellt Leonardo zur Verfügung , eine evidenzbasierte Rechenmaschine. Es handelt sich um ein 3D-Computermodell aus 100 Milliarden Punkten, das die filigrane spiralförmige Skelettstruktur darstellt.
Es kann astronomische Berechnungen pro Sekunde durchführen. Das Team integrierte realistische Wasserströmungen um und durch den digitalen Schwamm. Diese fanden bei verschiedenen Strömungsstärken und -bedingungen statt.
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Entwicklung neuer energieeffizienter Designs
Forscher betonen die biomimetischen Prinzipien der Verbindungsstruktur des Schwamms. Sie glauben, dass diese auch für neue Konstruktionen, beispielsweise zur Optimierung chemischer Reaktoren, Anwendung finden können. Durch den Einbau solcher Zellen in Lüftungssysteme ließe sich der Sauerstoffdurchfluss erhöhen . Zudem könnte die Luftfiltration in Gebäuden verbessert werden.
Die geschwungenen, unebenen Kanten könnten sogar charakteristisch für aerodynamische Konstruktionen mit geringem Luftwiderstand sein, die gleichzeitig die notwendige Luftzirkulation im Innenraum gewährleisten . Einmal mehr liefert die Natur ein geniales Vorbild für technologische Innovationen.
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Natürliches Wirkprinzip
Der Schwamm nutzt seine spiralförmige, gerippte Oberfläche, die wie eine Wendeltreppe funktioniert, um Wasser nach oben zu befördern. Er verwendet einfache physikalische Gesetze, um Wasser durch seine poröse, rahmenartige Struktur zu transportieren. Dadurch wird der Energieaufwand für das Pumpen reduziert.
Solche Gitterstrukturen tragen zur Energieeinsparung bei, indem sie den Strömungswiderstand bei hohen Geschwindigkeiten minimieren . Die natürliche Belüftung in der Tiefsee ist bemerkenswert effektiv. Sie zeigt, welch entscheidende Rolle Schwämme in dieser lebensfeindlichen Umgebung spielen. Die Untersuchung ergab, dass die passive Nahrungsfiltration der Schwämme nur bei sehr geringen Strömungsgeschwindigkeiten funktioniert. Diese betragen lediglich wenige Zentimeter pro Sekunde im Vergleich zu ihrer Umgebung.
