طراحی ساختمانهای ضدزلزله با الهام از بال پروانه
به گزارش خبرنگار پژوهندگان عصر ،از پخش کردن نور برای جایگزینی رنگهای سمی و ایجاد سامانههای ضدجعل برای مقابله با کالاهای تقلبی گرفته تا پیشرفت در رایانش نوری و حتی ساخت ایمپلنتهای چشمی بهتر از جمله کاربردهایی هستند که با الهام از بال پروانهها به آن دست یافتهایم و اکنون این فهرست شامل ساخت ساختمان نیز میشود.
به نقل از نیواطلس، وقتی صحبت از طراحی سازههای عظیم و سنگینی است که باید به قدری مقاوم باشند که صدها تُن فشار ناشی از حضور انسانها، مبلمان، تجهیزات و حتی وزن اجزای خودشان را تحمل کنند و علاوه بر آن در برابر باد و زلزله نیز دوام بیاورند میتوانیم به سراغ بالهای ظریف اما مقاوم پروانهها برویم.
محققان ژاپنی توضیح میدهند که بالهای پروانه با وجود سبک بودن، مقاومت قابل توجهی دارند.
یکی از نقاط ضعف سازههای سنتی شکنندگی آنها در برابر ضربه است. برای مقابله با این شکنندگی، پژوهشگران الگوی توزیع یکنواخت تنش در بال پروانهها را وارد معماری کردند و از ساختاری الهامگرفته از پروانه با استفاده کردند که میتوانند پیچش یا کشش را تحمل کنند. قدرت این طراحی که توانایی جذب انرژی و مقاومت در برابر ضربه را افزایش میدهد در شبکه ناهمسانگرد آن نهفته است. در ناهمسانگردی، که نقطه مقابل همسانگردی است، ساختار در همه جهتها یکسان رفتار نمیکند.
به یک درخت فکر کنید: اگر تبر را در امتداد رگههای چوب به آن بزنید، بهراحتی شکاف برمیدارد. اما اگر همان تبر را خلاف جهت رگهها به درخت بزنید، بریدن آن بسیار دشوارتر میشود.
لنزهای پلاریزه، کریستالها، پلیمرهای فولادی و اشیای چاپ سهبعدی همگی ناهمسانگرد هستند، در حالی که یک توپ لاستیکی یا آب داخل لیوان همسانگرد به حساب میآیند.
با بهکارگیری ناهمسانگردی در معماری، طراحان به تغییرشکل کنترلشده و بازتوزیع تنش بدون تخریب هنگام فشردهسازی دست پیدا میکنند.
این سازوکار ساختاری واقعا چشمگیر است، زیرا بیشتر مواد شبکهای سبکوزن نمیتوانند نیروهایی مثل ضربه ناگهانی را تحمل کنند. اما این طراحی مقاومت بسیار بیشتری در برابر ضربه مکانیکی ناگهانی نشان میدهد.
اگر پژوهشگران همچنان به نتایج مفیدی با طراحیهای ناهمسانگرد برسند، هدف آنها استفاده از این ساختارهای سبک و مقاوم در طراحی خودروها، هواپیماها و حتی فضاپیماها و البته در ساخت زیرساختهای مقاوم در برابر زلزله است که اهمیت آنها از چشم هیچکس پوشیده نیست.
برای مثال زلزله سال ۱۹۹۵ در ژاپن، با وجود آنکه تنها ۲۰ ثانیه طول کشید، ۱۰۰ هزار ساختمان را ویران کرد. اینگونه مثالها کم نیستند و بنابراین ساختمانهایی که از طراحی ناهمسانگرد دانشگاههای ووهان و توهوکو استفاده میکنند، میتوانند امید بزرگی برای جلوگیری از جراحت و مرگ گسترده در زمان زلزله باشند؛ یا دستکم باعث شوند تعمیرات سریعتر انجام شود و خانههای کمتری متروکه شوند.