在海洋深处发现的一种奇特海绵引起了研究人员的兴趣。原因是它拥有非凡的技能,能够控制水流过其身体而不消耗能量。他们发现海绵的零能耗流动控制可以启发节能设计。

罗马第二大学纽约大学坦顿工程学院近期开展了一项有趣的研究。他们利用超高分辨率计算机模拟,揭示了维纳斯花篮海绵(Euplectella aspergillum)的骨骼结构如何利用水流能量。研究表明,这种海绵能够感知深海中缓慢下沉的水流,并将水流向上输送到其中央体腔,从而摄取其中悬浮的浮游生物和其他食物颗粒。

该研究由罗马第二大学Giacomo Falcucci 博士和纽约大学坦顿工程学院Maurizio Porfiri 教授共同领导。

Falcucci 博士说:“从工程学的角度来看,海绵的骨骼系统对其环境表现出了显著的适应性,不仅体现在结构方面,也体现在其流体动力学性能方面。”

海绵已经找到了一种巧妙的解决方案,可以在完全被动运作的情况下最大限度地提高营养供应, ”法尔库奇博士补充道。

所用研究方法和工具

意大利超级计算中心CINECA提供了一台名为Leonardo的基于证据的计算机器。它是一个由1000亿个点组成的三维计算机模型,展现了精妙的螺旋骨骼结构。

它每秒可以进行天文计算。该团队在数字海绵周围和内部集成了真实的水流。它发生在各种水流大小和条件下。

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打造新型节能设计

研究人员强调了海绵组合特征的仿生原理。他们认为这种原理可以进一步应用于新的设计,包括化学反应器的优化。通过将这种结构单元应用于通风系统,可以增加氧气流量,并改善建筑物内的空气过滤

这些弯曲不规则的脊状结构甚至可能是低阻力空气动力学设计的特征,同时还能提供所需的内部气流。大自然再次为技术创新提供了一个巧妙的范例。

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自然工作原理

海绵利用其螺旋状的脊状表面,如同螺旋楼梯一般,完成吸水任务。它运用简单的物理定律,通过其多孔的框架状结构将水向上吸走,从而节省了泵送所需的能量。

这种格状结构有助于在高流速下最大限度地减少阻力,从而节省能量。深海海底的自然通风非常有效,这表明海绵在这种恶劣环境中发挥着至关重要的作用。研究表明,海绵的被动食物过滤作用仅在水流速度极慢的情况下才能发挥作用,其流速仅为每秒几厘米。

来源深海海绵的“零能耗”流动控制或将启发新型节能设计

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艾略特是一位充满热情的环保主义者和博主,他一生致力于传播环保、绿色能源和可再生能源的意识。凭借环境科学背景,他对地球面临的问题有着深刻的理解,并致力于教育他人如何做出改变。

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