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贝壳设计

贝壳设计照片Credit:Clipart.com

材料科学家正在研究贝壳的结构来设计更强大的材料。


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蜗牛的工程思想。我是Bob Hirshon,这是科学更新。

每个贝壳都是数百万多年来磨练的结构,以保护捕食者和海浪和水压破碎力量的柔软生物。赖斯大学材料科学家Chandra Sekhar Tiwary表示不同的要求导致了不同的设计。

Tiwary
因此,如果您有高压或更严苛的环境,则具有不同的形状。所以你有很多各种各样的贝壳,具体取决于环境。

在《科学推进,Tiwary和他的同事们仔细看看两种壳牌:一个铰接的蛤蜊,如设计,以及长螺旋。他们测试了实际的贝壳和3-D印刷版本,以了解他们的形状和结构元素如何直接从动物内部远离动物。这些优雅和经济的设计分析可能在从包装到架构中的一切都有用。我是SAAS,科学学会的鲍勃Hirshonmanbetx注册与登录。


了解研究

受到贝壳强度的启发,印度科学研究所(Indian Institute of Science)和莱斯大学(Rice University)的工程师们开始探索贝壳的工作原理,希望能够将他们所学到的知识应用于国防、安全、汽车和建筑。印度科学研究所(Indian Institute of Science)的研究生、莱斯大学(Rice)的访问学生钱德拉·塞卡尔·提瓦瑞(Chandra Sekhar Tiwary)领导的研究人员正在对软体动物进行特别研究,以了解它们复杂的外表是如何进化成在恶劣环境下保护自己的。最终的目标是看看他们的机械原理如何适用于人类尺度的结构,比如交通工具,甚至建筑物。

为了开展研究,该团队决定检查两种类型的软体动物:双子叶片,其具有两个单独的外骨骼组分,其在铰链(如蛤壳中)和隐藏在螺纹壳中的晶片。壳体本身由纳卡人制成,也被称为珍珠母珍珠,具有强烈且有机和无机材料的矩阵。该团队然后开发了两种类型的壳牌和印刷的3-D模型的计算机型号。为了测试真正的壳牌和模型的强度,它们运行了压力测试,以发现它们如何保持稳定和重定向应力,以便在迫在眉睫的情况下最小化损坏。

研究人员发现,这些贝壳独特的形状使它们承载载荷的能力几乎是珍珠壳本身的两倍。蛤壳的半圆形和弯曲的肋将压力施加到铰链上,而螺旋形的壳将压力导向中心,然后是宽顶部。在这两种情况下,外壳的设计只允许在对内部生物伤害最小的地方出现裂缝。

这项研究的重要性是什么?尽管工程师已经利用了自然界的其他设计,如鸟喙和蜘蛛网,但要学习如何制造更强的人造材料,他们还无法使用贝壳设计,因为复制设计并不容易。然而,随着3-D打印机的出现,用足够坚韧的材料将形状复制以承受相同的力量变得更容易。现在研究人员可以使用三维技术来测试这些贝壳设计和其他更复杂的形状,并且可以更好地用于新结构。

现在尝试回答这些问题:

  1. 为什么工程师试图弄清楚贝壳是如何工作的?
  2. 研究人员学习了哪些类型的软体动物?为什么?
  3. 研究人员如何研究壳牌?
  4. 他们发现了什么?
  5. 他们是如何使用三维技术的?
  6. 你能在大自然中思考其他事情,以帮助我们创造对人类有用的东西吗?

要了解有关这项研究的更多信息,您可能需要查看民众科学关于它的文章为什么包装和辐射避难所应该从贝壳中采取设计线索

超级防水海绵纤维《科学更新》还考察了科学家如何研究天然材料,以发现它们如何应用于人类。


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为教育工作者

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除此之外《与科学家对话:约翰·达比利》视频在加州工业大学学院提供生物物理学家,他研究了水母和血流,看看他可以从他们那里学到什么,以更好地设计潜艇和风电场。


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