El diseño de celosía bioinspirado ofrece nuevas posibilidades para la construcción y la seguridad

Inspirados en la humilde esponja de aguas profundas, los ingenieros universitarios de RMIT han desarrollado un nuevo material con notable resistencia a la compresión y rigidez que podría mejorar los diseños de arquitectura y de productos.

El diseño de doble red se inspiró en el intrincado esqueleto de una esponja de aguas profundas conocida como la canasta de flores de Venus, que vive en el Océano Pacífico.

El autor principal del último estudio RMIT en la estructura, el Dr. Jiaming MA, dijo que las pruebas y la optimización extensas revelaron la impresionante combinación del patrón de rigidez y resistencia, mezclada con la capacidad de contraerse cuando se comprimieron.

Es este último aspecto, conocido como comportamiento auxético, que abre una amplia gama de posibilidades para aplicar el diseño a través de la ingeniería estructural y otras aplicaciones.

“Mientras que la mayoría de los materiales se adelgazan cuando se estiran o más gordo cuando se aplastan, como el caucho, la auxética hace lo contrario”, dijo Ma. “La auxética puede absorber y distribuir Energía de impacto Efectivamente, haciéndolos extremadamente útiles “.

Los materiales auxéticos naturales incluyen tendones y piel de gato, mientras que los sintéticos se usan para hacer stents cardíacos y vasculares que se expanden y se contraen según sea necesario.

Pero si bien los materiales auxéticos tienen propiedades útiles, su baja rigidez y su capacidad limitada de absorción de energía limitan sus aplicaciones. El diseño de doble celosía inspirado en la naturaleza del equipo es significativo porque supera estos principales inconvenientes.

“Cada red por sí sola tiene un comportamiento de deformación tradicional, pero si los combina como la naturaleza lo hace en la esponja de aguas profundas, se regula y mantiene su forma y supera materiales similares por un margen bastante significativo”, dijo Ma.

Resultados publicado en Estructuras compuestas Demuestre que con la misma cantidad de uso de material, la red es 13 veces más rígida que la existencia materiales auxéticosque se basan en diseños reentrantes de panal.

También puede absorber un 10% más de energía al tiempo que mantiene su comportamiento auxético con un rango de deformación 60% mayor en comparación con los diseños existentes.

El Dr. Ngoc San Ha dijo que la combinación única de estas propiedades abrió varias aplicaciones emocionantes para su nuevo material.

“Esta red auxética bioinspirada proporciona la base más sólida hasta ahora para que desarrollemos un edificio sostenible de próxima generación”, dijo.

“Nuestro metamaterial auxético con alta rigidez y absorción de energía podría ofrecer beneficios significativos en múltiples sectores, desde materiales de construcción hasta equipos de protección y equipo deportivo o aplicaciones médicas”.

La estructura de celosía bioinspirada podría funcionar como un marco de construcción de acero, por ejemplo, permitiendo que se usen menos acero y concreto para lograr resultados similares a un marco tradicional.

La estructura también podría formar la base de deportes livianos equipo de protecciónchalecos balas o implantes médicos.

El profesor honorario Mike Xie dijo que el proyecto destacó el valor de inspirarse en la naturaleza. “La biomimética no solo crea diseños hermosos y elegantes como este, sino que también crea diseños inteligentes que se han optimizado a través de millones de años de evolución que podemos aprender”, dijo Xie.

Siguientes pasos

El equipo del Centro de estructuras y materiales innovadores de RMIT probó el diseño utilizando Simulaciones por computadora y pruebas de laboratorio en una muestra impresa en 3D hecha de poliuretano termoplástico.

Ahora planean producir versiones de acero del diseño para usar junto con estructuras de hormigón y tierra embrujada, una técnica de construcción que utiliza materias primas naturales compactadas.

“Si bien este diseño podría tener aplicaciones prometedoras en equipos deportivos, PPE y aplicaciones médicas, nuestro enfoque principal está en el aspecto de construcción y construcción”, dijo Ma.

“Estamos desarrollando un material de construcción más sostenible utilizando la combinación única de nuestro diseño de auxeticidad, rigidez y absorción de energía sobresaliente para reducir el uso de acero y cemento en la construcción.

“Sus características auxéticas y absorbentes de energía también podrían ayudar a amortiguar las vibraciones durante los terremotos”.

El equipo también planea integrar este diseño con algoritmos de aprendizaje automático para una mayor optimización y crear materiales programables.