Паутина с давних времен известна своей удивительной структурой и особенным составом, прочность которого выше, чем у стали.
Благодаря исследованиям Массачусетского технологического института удалось узнать некоторые особенности паутины, которые в дальнейшем помогут создать синтетический материал, способный по своим свойствам заменить натуральный шелк. Применив вычислительное моделирование и технический анализ, ученые разработали системный подход, который в 3D-модели дает представление о том, как пауки плетут свои паутины.
«Эта методика – первая в своем роде», – говорит профессор Маркус Бюллер, руководитель кафедры Массачусетского института по гражданско-экологической инженерии и ведущий автор статьи, которая сегодня появилась в «Nature Communication». «Таким образом мы собираемся расширить свои знания о функциях паутины».
Совмещение крупномасштабного моделирования и технологии 3D-печати микроэлементов позволили изучить и создать синтетическую структуру паутины. Знания, полученные в ходе исследований, помогут понять, как использовать прочность паутинной нити в различных целях и позволят ученым заняться созданием новых структур и соединений, которые будут устойчивыми к внешним повреждениям.
Эта статья была написана Бюллером совместно с исследователем ЦВЕ Чжао Цинем, профессором Гарвардского университета Дженифер Льюис и бывшим Гарвардским постдоком Бреттом Комптоном.
Ниже приведены полученные знания.
Исследования показали заметную связь между составом паутины и силой тяжести, то есть сам паук способен выпустить паутину такой прочности, чтобы удержать ею свою предполагаемую добычу.
Команда, делавшая экспериментальные опыты, использовала металлические конструкции в 3D-печати искусственной паутины и напрямую объединила их данные в одну модель.
«В итоге мы соединили физические и вычислительные исследования», – говорит Бюллер.
Также Маркус объяснил, что пауки используют определенное количество паутины, зависящее от размера добычи, чтобы захватить ее. Он и его коллеги надеются использовать эти знания на практике при создании устойчивого к разрушению материала меньшей плотности.
«Напечатанные на 3D-принтере модели открыли нам двери для изучения структуры мощности и уровня прочности материала – это достижение, которого нельзя было бы достичь, изучая лишь натуральную паутину», – говорит Льюис.
«Паутина – уникальный и интересный материал», – говорит она, – «Но, до настоящего времени она не была изучена до конца». Задачей Льюис было исследовать геометрически аспекты паутины с помощью материала с похожими свойствами, например, такого, как шелк.
Команда Бюллера использует пауков-кругопрядов, как пример для своих 3D-проектов. В каждом полученном образце они изучают диаметр плетения, тем самым сравнивая толщину однородных и неоднородных нитей.
В ходе работы стало понятно, что паутина, состоящая из плетений с одинаковым диаметром, довольно прочна при воздействии, скажем, силы попавшейся в нее мухи. Плетение же с разным диаметром может выдержать более мощную силу, например, ветер или дождь.
Сочетание компьютерного моделирования и 3D-печати позволят более продуктивно заниматься проектированием.
Льюис говорит, что теперь их команда планирует начать изучение воздействия контролируемой вибрации на динамические аспекты паутины. Это способно изменить нынешнее представление о материале и позволит оптимизировать многофункциональную структуру печати.
Какие права имеет владелец квартиры при заливе и какие меры защиты предусмотрены законом? Залив квартиры…
Квартира-студия – один из наиболее распространенных, удобных и доступных вариантов жилой собственности. Указанный вид недвижимости…
Хомуты червячные - это незаменимый элемент в инструментарии многих профессионалов и любителей. Эти универсальные крепежные…
На данный момент рынок курсов валют достаточно нестабильный. Курсы то взлетают, то опускаются. Данная ситуация…
СИП получили довольно широкое распространение при строительстве ЛЭП. Это объясняется множеством положительных свойств. Для…
Стеклянные перегородки получают все более широкое распространение при оформлении офисных пространств. Они позволяют не…