Губка из Тихого океана вдохновила инженеров на создание каркаса повышенной надёжности

Австралийские инженеры, вдохновившись скелетом глубоководной губки «Венерина корзинка», создали конструкцию, которая в 13 раз жестче существующих аналогов. Разработка Королевского технологического университета Мельбурна (RMIT) способна не только выдерживать экстремальные нагрузки, но и самостоятельно возвращать форму после деформации. Ученые уже планируют испытать технологию в строительстве, прогнозируя радикальное снижение расхода стали и бетона.

Как морская губка превзошла инженерные расчеты

Объектом изучения стала структура скелета Euplectella aspergillum. Исследователей заинтересовала не сама пористость, а принцип соединения двух решеток разного масштаба. Отдельно каждая из них ведет себя предсказуемо, но при объединении в единый каркас запускается механизм «саморегуляции». Созданные человеком аналоги, включая популярные сотовые заполнители, демонстрируют значительно худшие показатели при сжатии и изгибе.

Для проверки гипотезы команда профессора Майка Се не ограничилась компьютерным моделированием. С помощью 3D-печати из термопластичного полиуретана были изготовлены физические образцы. Серия механических тестов подтвердила уникальные свойства биомиметической решетки.

Цифры, которые меняют представление о прочности

Испытания показали ключевые преимущества новой конфигурации перед существующими конструкциями:

• Жесткость увеличена в 13 раз;
• Энергопоглощение выросло на 10% без потери базовых свойств;
• Диапазон упругой деформации расширился на 60%.

Это означает, что материал способен выдерживать более сильные удары и изгибы, не разрушаясь и не теряя формы. Потенциальные сферы применения, по мнению разработчиков, охватывают строительство, медицину, спортивный инвентарь и средства индивидуальной защиты, включая бронежилеты нового поколения.

Идея заимствования природных решений для инженерии не нова, но именно структура «Венериной корзинки» долгое время оставалась недооцененной. Только с развитием аддитивных технологий и методов точного моделирования стало возможным воспроизвести и протестировать сложную двойную решетку. Предыдущие попытки создать сверхлегкие, но прочные каркасы часто упирались в хрупкость материала или его неспособность к восстановлению после нагрузки.

Переход к практическим испытаниям в строительном секторе может стать переломным моментом для всей отрасли. Если тестовые сооружения со стальными элементами, выполненными по новой методике, подтвердят расчеты, это приведет к созданию экологичных домов с меньшим углеродным следом. Экономия металла и цемента — двух самых «грязных» с точки зрения выбросов CO₂ материалов — может составить десятки процентов. Кроме того, повышенная сейсмостойкость таких конструкций открывает перспективы для строительства в сейсмоопасных зонах.