Explore el potencial transformador del diseño de redes bioinspiradas, extrayendo lecciones de la naturaleza para crear materiales y estructuras avanzadas para redes deportivas. Descubra las aplicaciones en equipos deportivos, compuestos y diseños innovadores, que mejoran la resistencia, la durabilidad y la absorción de energía.
Redes bioinspiradas: aprender del diseño de la naturaleza
Este artículo incluye una introducción que ofrece una visión general del diseño de redes bioinspiradas y su importancia en la innovación. A continuación, profundiza en la biomímesis y el equipamiento deportivo, hablando de los análogos de la seda de los insectos, las transformaciones subyacentes y la retención de energía. La siguiente sección explora los compuestos bioinspirados, destacando los compuestos de fibras naturales, las transformaciones estructurales y la retención de energía. A continuación, se pasa a los materiales bioinspirados, presentando las telarañas como modelos para el diseño, su uso en pruebas de impacto y las secciones transversales redondas inspiradas en los insectos.
A continuación, se abordan diversos paneles sándwich de nido de abeja en capas, haciendo hincapié en los diseños inspirados en los pies de poni, los sistemas progresivos de telaraña y las estructuras inspiradas en las tiras de pomelo. Por último, la conclusión resume los resultados y sugiere futuras direcciones en el diseño de redes bioinspiradas, seguida de una sección de preguntas frecuentes que aborda cuestiones clave relacionadas con la biomímesis, los tipos de diseños bioinspirados, las industrias aplicables y las técnicas de fabricación aditiva.
El plan bioinspirado atrae la motivación de la naturaleza para resolver las dificultades de diseño. La naturaleza ha soportado miles de millones de años mejorando los planos mediante el avance. Desde la seda exacta del insecto hasta las colinas de las termitas, la naturaleza ofrece astutos arreglos que mejoran la resistencia y la robustez. En la actualidad, la inteligencia simulada bioinspirada trabaja con la ganancia de la naturaleza a través de la visualización computacional y la edad de nuevos planes. Este enfoque tiene aplicaciones en redes de barrera deportivas diseño, mecánica avanzada y mucho más haciendo una interpretación de las normas normales en innovación. Al imitar entramados biológicos como la seda de los insectos y los caparazones de los bichos, el plan de redes bioinspiradas puede impulsar novedosos materiales de ejecución superior.
Biomímesis y equipamiento deportivo
Análogos de la seda de los insectos
La seda de insecto es quizá uno de los materiales de red bioinspirados más fundamentados de la naturaleza. Presenta una rigidez equivalente a la del acero, pero es más ligera y mucho más dura. Su discreta microestructura de zonas similares al vidrio implantadas en un nebuloso entramado proteínico le confiere resistencia y adaptabilidad. Los científicos imitaron la seda de los insectos utilizando nanofibras compuestas electrospun que contienen policaprolactona y nanocristales de celulosa para desarrollar aún más su resistencia.
Transformación subyacente
Los diseños regulares soportan con frecuencia el desgaste a través de mejoras primarias en lugar de materiales. Los huesos soportan cargas monótonas mediante cambios compositivos como los filamentos de colágeno que fortifican la red. Asimismo, la transformación primaria en el equipamiento deportivo desarrolla aún más la robustez, como los tubos inspirados en el bambú, resistentes al agarre gracias a la diseminación de fibras en pendiente.
Retención de energía
La investigación sobre la fibra simple de seda de bicho descubrió una retención de energía explícita y una rigidez extraordinarias. Los ligamentos normales mostraron asimismo una resistencia asombrosa malla deportiva, a pesar de que los ligamentos asocian los músculos al hueso para la transmisión de la fuerza. Las redes bioinspiradas ligamentos que implican fibras para la retención de material defensivo desarrollaron aún más la dispersión de energía durante las influencias.
Compuestos bioinspirados
Compuestos de fibra normal
Los compuestos de filamentos vegetales como el yute, el lino y el cáñamo mostraron unas propiedades mecánicas muy superiores a las de los filamentos de vidrio con un grosor inferior. Los compuestos unidireccionales de sisal/epoxi lograron una rigidez y solidez similares a los de vidrio E/epoxi. La hibridación de fabricación normal aprovechaba las cualidades al tiempo que paliaba las deficiencias.
Transformación primaria
Algunos materiales de redes bioinspiradas soportan la presión mediante pendientes en las propiedades mecánicas. Los grupos vasculares de bambú mostraron un incremento de la resistencia hacia el exterior con la disminución de la porosidad. Los compuestos biomiméticos reflejaron el bambú consolidando microesferas vacías de porosidad graduada en epoxi mejoraron la variación primaria.
Retención de energía
Se examinaron compuestos progresivos bioinspirados, por ejemplo, tubos recubiertos inspirados en la madera. Estas minicámaras recubiertas asentadas en cámaras más grandes a gran escala retenían 40% más energía que los recipientes homogéneos de masa equivalente. Las tiras de pomelo como ángulos subyacentes en tubos de espuma de aluminio aumentan la robustez, ampliando la retención de energía en 1,5 veces.
Materiales bioinspirados
Las telarañas como modelos para el plan
Las telarañas racionalizaron el arrastre y la solidez mediante ejemplos matemáticos. Sus complicados diseños se inspiraron en recreaciones computacionales de elementos líquidos y en la aerodinámica de la geografía. Las redes impresas en 3D bioinspiradas desarrollaron aún más la firmeza 37% sobre las rejillas de panal estándar.
Telarañas para la prueba de efectos
Redes de insectos inspiradas en diseños infinitesimales dirigieron el plan de influencia anisotrópica impresa en 3D segura materiales para redes deportivas. Los límites matemáticos ajustaron a medida la asimilación de energía. Las organizaciones de filamentos de vidrio impresos ingirieron la energía más elevada.
Cruces redondas inspiradas en bichos
Tubos impresos en 3D inspirados en los élitros con los habituales segmentos transversales hexagonales, triangulares y redondeados bajo arqueamiento. Los segmentos transversales redondos ampliaron la firmeza mejorando las áreas hexagonales. Los hexágonos estándar produjeron alrededor de 50% de la solidez de los hexágonos dispuestos arbitrariamente debido al grosor anisótropo de la pared celular.
Paneles sándwich de nido de abeja de varios niveles
Planos inspirados en el pie de poni
La estructura del pie de poni inspiró las redes de panales bioinspiradas probadas bajo presión. La adición de flujos y reflujos redondos a las paredes de los panales mejoró la asimilación de energía. La ampliación del grosor de las paredes aumentó además la potencia máxima y la asimilación de energía.
Cobweb Sistemas progresivos
Los panales nivelados inspirados en telarañas de prueba mostraron una mayor asimilación de energía explícita que los panales estándar. El sistema progresivo de primera solicitud desarrolló una retención de 62,1% y el de segunda solicitud de 82,4% sin disminución del espesor central.
Pedido inspirado en la tira de pomelo
La organización vascular de la tira de pomelo inspirada en el novedoso centro de panal progresivo mostró una ingestión de energía explícita y una presión de nivel 1,5 veces superiores a las de los panales estándar bajo presión fuera del plano, debido a la densificación del centro y a la porosidad de la pendiente.
Conclusión
En este artículo se inspeccionaron diseños bioinspirados de redes permeables, desde bambú, madera y patas de caballo hasta telarañas y tiras de pomelo. Sus propiedades inherentes dieron lugar a planes biomiméticos ensayados tentativa y matemáticamente. Los planes progresivos mejoraron las propiedades de forma fiable. Los planos bioinspirados a partir de modelos celulares, compuestos y paneles sándwich mostraron un mayor desarrollo de la resistencia, la solidez y la ingestión de energía. Los trabajos futuros pueden hacer avanzar los planes, investigar diferentes especies y niveles de complejidad aplicando la racionalización multiobjetivo y multiescala. Junto con la producción de sustancias añadidas, los planos bioinspirados pueden crear diseños ligeros multifuncionales a medida.
Preguntas frecuentes
P: ¿Qué es la biomímesis/bioinspiración?
R: La biomímesis, o bioinspiración, alude a la forma más común de reflejar los planes e ideas rastreados en la naturaleza para ocuparse de los problemas humanos. Incluye concentrarse en estructuras, ciclos y entornos biológicos para mover nuevos materiales, artilugios y diseños. El objetivo es reproducir la destreza, flexibilidad y capacidad de soporte rastreadas en los armazones regulares a través de disposiciones mecánicas.
P: ¿Qué tipo de diseños pueden estar bioinspirados?
R: Un amplio surtido de diseños regulares actúan como motivación, incluyendo tubos, panales, espumas, secciones transversales, y el cielo es el límite a partir de ahí. Los modelos incorporan tallos de bambú, hueso, grano de madera, seda de insecto y alas de mariposa. Los investigadores los estudian a escalas miniatura/nano para averiguar sus propiedades y repetir los planos artificialmente.
P: ¿Qué empresas utilizan planes bioinspirados?
R: Los planes de redes bioinspiradas tienen aplicaciones en empresas como la aviación, el transporte, la biomedicina, la energía y la protección. Los modelos recuerdan las espumas metálicas inspiradas en huesos para la aviónica, los compuestos similares a la madera en el automóvil y la mecánica avanzada inspirada en insectos subterráneos en la búsqueda y salvamento. Las ventajas sostenibles de la biomímesis también están impulsando su utilización.
P: ¿Qué estrategias de fabricación de sustancias añadidas se utilizan?
R: Las técnicas típicas para imprimir en 3D planos bioinspirados incorporan la expulsión de material, el vuelo de material, la polimerización de depósitos, el flujo de sujetadores y la combinación de lechos de polvo. La estrategia depende del material, la matemática y la escala de creación. La impresión multimaterial y de fibras sin interrupción también funciona con planos biomiméticos complejos.
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