Інженерні таємниці морських губок

Інженерні таємниці морських губок

Морські губки із виду Euplectella aspergillum, що звуться кошичками Венери, мають зовнішній скелет, збудований із майстерно сплетених волокон кремнезему. Та відомі ці тварини тим, що всередині них часто можна знайти ув’язнені парочки креветок, які живуть із ними в симбіозі. Така біологічна “романтика” спричинила те, що губки стали частим весільним подарунком у Японії. Про це пише Медді Бендер у журналі Scientific American.

Однак зараз група інженерів зацікавилася тим, як крізь губки пропливає вода, підтримуючи життя їхніх в’язнів. Дослідники припустили, що це візуально привабливі узорчасті фалди й отвори в губках спрямовують приплив води навколо них і всередину. Але підводний експеримент для визначення дії кожного структурного елемента був би логістично неможливим. Тому група здійснила серію симуляцій, які вдосконалювались упродовж десятиліття, на одному із найпотужніших італійських комп’ютерів.

“Я вважаю, що це найкраща симуляція з можливих – щось, чого не можна виконати у формі експерименту”, – каже Сауро Суччі, керівник дослідницької групи з Італійського технологічного інституту в Римі та співавтор праці, опублікованої в журналі Nature.

Науковці збудували віртуальну тривимірну модель на основі параметрів реальних губок, а потім симулювали проходження крізь неї окремих часток за присутності фалд та отворів, а також без них. Вони виявили, що пориста сітчаста структура губки зменшує опір води, що проходить крізь неї, а фалди пом’якшують напір і утворюють дрібні вири всередині. Ці вихори полегшують змішування яєчок і сперми губки, водночас даючи змогу губці – а також креветкам, що в ній живуть – ефективно живитися.

На думку Джакомо Фалькуччі з Римського університету Тор Вергата, головного автора досліджень, така “подвійна користь” – виживання і плідність – здивувала членів дослідницької групи, оскільки еволюційні адаптації, що мають на меті підвищення репродукційного успіху, загалом не є корисними для організму в інших сферах, прикладом чого є візуально привабливий, але важкий хвіст павича.

“Переконатися, що така складна морфологія дійсно має цікаві імплікації для динаміки рідин, – це насправді чудово”, – говорить Лаура Міллер, математичка й інженерка-біомедичка з Університету штату Аризона, яка не брала участі в цих дослідженнях, але є авторкою коментаря до статті в Nature.

У майбутньому аналогічний метод симуляції може бути застосований для інших організмів, що ніколи раніше докладно не досліджувалися з перспективи динаміки рідин. Міллер натякає, що складна архітектура коралового рифу є перспективним напрямом досліджень. Кошички Венери вже надихнули на проєктування багатьох біоматеріалів, зокрема і друкованої у 3D сітки, що витримує без бокового розтягування більше навантаження, ніж застосовувані наразі решітчасті структури мостів.

Автори також сподіваються, що завдяки розумінню властивостей губки згодом удасться зменшити опір повітря у випадку таких конструкцій, як хмарочоси, підводні човни й космічні судна.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.