Необычная губка, найденная в глубинах океана, привлекла внимание исследователей. Причиной стали ее замечательные способности контролировать поток воды через свое тело без затрат энергии. Они обнаружили, что контроль потока воды с нулевым потреблением энергии губкой может вдохновить на создание энергоэффективных конструкций.
Римский университет Тор Вергата и Инженерная школа Тандон Нью-Йоркского университета недавно провели интересное исследование. Недавнее исследование с использованием компьютерного моделирования сверхвысокого разрешения показывает, как скелетная структура губки Euplectella aspergillum (венерина цветочная корзинка) использует энергию течений . Оно демонстрирует, как губка улавливает медленные течения, идущие вниз в глубокий океан. Также показано, как эти губки направляют нисходящие течения вверх в свою центральную полость тела, чтобы питаться планктоном и другими частицами пищи, взвешенными в нем.
Исследование проводилось под совместным руководством доктора Джакомо Фалькуччи из Римского университета Тор Вергата и профессора Маурицио Порфири из Института Тандон при Нью-Йоркском университете.
Доктор Фалькуччи говорит: « С инженерной точки зрения, скелетная система губки демонстрирует замечательные адаптации к окружающей среде, не только с точки зрения структуры, но и с точки зрения ее гидродинамических характеристик».
« Благодаря умению создавать губки, которые позволяют максимально эффективно обеспечивать поступление питательных веществ, работая при этом исключительно за счет пассивных механизмов », — добавил доктор Фалькуччи.
Метод исследования и используемые инструменты
Итальянский суперкомпьютерный центр CINECA предоставляет Leonardo — вычислительную машину, основанную на фактических данных. Это трехмерная компьютерная модель, состоящая из 100 миллиардов точек, которая воспроизводит сложную спиральную структуру скелета.
Он может делать астрономические вычисления в секунду. Команда интегрировала реалистичный поток воды вокруг и через цифровую губку. Это происходило при различных текущих величинах и условиях.
Узнайте, как экологически чистые бетонные конструкции от Reef Design Lab защищают морские местообитания.
Создание новых энергоэффективных проектов
Исследователи подчеркивают принципы биомимикрии, лежащие в основе способности губки к объединению различных элементов. Они считают, что это может быть применено и к новым конструкциям, включая оптимизацию химических реакторов. Возможно увеличить поток кислорода за счет создания таких ячеек в составе вентиляционных систем. Это также может улучшить фильтрацию воздуха внутри зданий.
Изогнутые неровные выступы могут быть даже характерны для аэродинамических конструкций с низким сопротивлением, которые одновременно обеспечивают необходимый внутренний воздушный поток . В очередной раз природа предоставила гениальную модель для технологических инноваций.
Интересно узнать о биоцементе: потенциальной экологически чистой замене обычного цемента.
Естественный принцип работы
Губка использует свою спиральную, ребристую поверхность, которая действует как винтовая лестница, для выполнения своей задачи. Она применяет простые законы физики, чтобы поднимать воду вверх через свою пористую, каркасообразную структуру. Таким образом, она экономит энергию, затрачиваемую на перекачку.
Такие решетки помогают экономить энергию, минимизируя сопротивление при высокой скорости потока. Естественная вентиляция на дне глубоководных океанов чрезвычайно эффективна. Это демонстрирует, какую важную роль играют губки в этой суровой среде. Исследование показало, что пассивная фильтрация пищи губками работает только при очень низкой скорости течения, всего лишь в нескольких сантиметрах в секунду от скорости течения окружающей среды.
