受白蚁筑巢,加州理工学院的研究人员开发了一个框架来设计新材料模拟的基本规则隐藏在自然的增长模式。欧洲杯足球竞彩研究人员表明,使用这些规则,可以创建材料设计与特定的可编程特性。欧洲杯足球竞彩
领导的研究,Chiara达拉奥·g·布拉德福德·琼斯教授机械工程和应用物理和传统医学研究所研究员,发表在《华尔街日报》欧洲杯线上买球8月26日。
“白蚁只有几毫米长,但他们的巢能站高达4米-;相当于一个人建造一个房子加州惠特尼山的高度,“达拉奥说。如果你仔细看看白蚁巢里面你会看到一个不对称网络,互连结构,像一块面包的内部或海绵。由沙粒、尘土、污垢、唾液,粪便,这种无序,出现任意不规则结构,但白蚁巢是专门为稳定和优化通风。
说:“我们认为,通过了解白蚁对鸟巢的制造,我们可以定义简单的规则设计构架材料具有独特的力学性能,”欧洲杯足球竞彩达拉奥说。架构材料是泡沫状或复合固欧洲杯足球竞彩体组成的构建块,然后组织成三维结构,从纳米到微米尺度。至此,架构领域的材料主要集中在周期性结构——;这样的架构包含一个统一的几何单元电池,就欧洲杯足球竞彩像一个八面体或多维数据集,然后重复这些单位细胞形成晶格结构。然而,关注有序结构的功能和使用有限的架构材料。欧洲杯足球竞彩
“周期性的架构是方便我们工程师因为我们可以做出假设的分析性质。然而,如果我们考虑应用程序,他们不一定是最优设计的选择,”达拉奥说。无序结构,就像一个白蚁巢,在自然界中更为普遍比周期性结构和经常表现出优越的功能,但是,直到现在,工程师还没有找到一个可靠的设计方法。
“我们第一次接触问题是通过思考白蚁的有限数量的资源,”达拉奥说。当它构建它的巢,白蚁没有整体巢的蓝图设计;它只能够使决策基于当地规则。例如,一个白蚁可能使用沙粒附近找到它的巢和适合谷物一起跟着程序从其他白蚁。一轮砂粒可能适合一个半月形状稳定增加。这样的邻接的基本规则可以用来描述如何构建一个白蚁巢。“我们创造了一个数值项目材料的设计具有类似规则,定义两个不同的材料块如何欧洲杯足球竞彩坚持,“她说。
这个算法,达拉奥和团队称之为“虚拟经济增长计划,”模拟生物结构的自然增长,或者白蚁巢穴的制造。而不是一粒沙子或的尘埃,虚拟经济增长程序使用独特的材料的几何图形,或构建块,以及邻接指南这些构建块可以连接到对方。欧洲杯足球竞彩虚拟块中使用这个初始的工作包括一个L型,一个我的形状,T形和+形状。此外,每个构建块是给定一个定义的可用性限制,并联白蚁在本质上可能会遇到有限的资源。程序使用这些限制,构建一个架构在一个网格,然后这些架构可以转化为二维或三维物理模型。
“我们的目标是生成无序的组合空间几何图形的属性定义为一些基本形状,像一条直线,一个十字架,或一个“L”的形状。这些几何图形可以三维打印与各种不同的本构材料取决于应用程序的需求,”欧洲杯足球竞彩达拉奥说。
镜像白蚁巢的随机性,每个几何图形由虚拟经济增长计划是独一无二的。改变l型积木的可用性,例如,导致一系列新的结构。达拉奥和他的团队尝试了虚拟输入生成样本超过54000模拟架构;样品可以聚集成团体与不同的力学特性,可以确定材料变形,其刚度,或其密度。通过图形结构单元布局之间的关系,资源的可用性,以及由此产生的机械特性,达拉奥和团队可以分析底层无序结构的规则。这是一个全新的材料分析和工程的框架。欧洲杯足球竞彩
“我们想要了解材料的基本规则的设计,然后创建材料的性能优于我们目前使用的工程,”欧洲杯足球竞彩达拉奥说。“例如,我们设想的材料更轻,但也更耐断裂或更好的机械冲击和振动吸收。”欧洲杯足球竞彩
虚拟经济增长计划探索未知的前沿无序材料通过模仿白蚁的方式构建它的巢而不是复制巢的配置本身。欧洲杯足球竞彩“这项研究旨在控制障碍材料,提高机械使用设计和分析工具和其他功能属性不是剥削,”欧洲杯足球竞彩达拉奥说。
文章标题是“增长规则不规则构架材料具有可编程特性。”欧洲杯足球竞彩In addition to Daraio, former Caltech postdoc Ke Liu and former undergraduate Rachel Sun (BS '21) are co-authors. Sun worked on this project as a student in the 2020 Caltech夏天本科生研究奖学金(冲浪)程序。由美国国家科学基金会提供的资金,加州理工学院Carver Mead新冒险基欧洲杯线上买球金,加州理工学院的冲浪项目,北京大学工程学院。
来源:https://www.caltech.edu/