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Esplorare il potenziale trasformativo della progettazione di reti bio-ispirate, traendo insegnamenti dalla natura per creare materiali e strutture avanzati per reti sportive. Scoprite le applicazioni in attrezzature sportive, materiali compositi e design innovativi, che migliorano la resistenza, la durata e l'assorbimento di energia.
Reti bio-ispirate: imparare dal design della natura
Questo articolo comprende un'introduzione che fornisce una panoramica sul design delle reti bio-ispirate e sul suo significato nell'innovazione. Si approfondisce poi il tema della biomimetica e degli attrezzi sportivi, discutendo gli analoghi della seta degli insetti, le trasformazioni sottostanti e la ritenzione di energia. La sezione successiva esplora i compositi bio-ispirati, evidenziando i compositi di fibre naturali, le trasformazioni strutturali e la ritenzione di energia. In seguito, l'attenzione si sposta sui materiali bio-ispirati, con le ragnatele come modelli per il design, il loro uso nei test d'impatto e le sezioni trasversali rotonde ispirate agli insetti.
La discussione verte poi su vari pannelli sandwich a nido d'ape stratificati, sottolineando i progetti ispirati ai piedi di pony, i sistemi progressivi a ragnatela e le strutture ispirate alle strisce di pomelo. Infine, la conclusione riassume i risultati e suggerisce le direzioni future nella progettazione di reti bioispirate, seguita da una sezione dedicata alle domande frequenti che affronta le questioni chiave relative alla biomimetica, ai tipi di progetti bioispirati, ai settori industriali applicabili e alle tecniche di produzione additiva.
I piani bio-ispirati traggono motivazione dalla natura per risolvere le difficoltà di progettazione. La natura ha resistito miliardi di anni per migliorare i piani attraverso il progresso. Dall'esatta seta dell'insetto alle termiti, la natura offre accorgimenti che migliorano la forza e la robustezza. Attualmente, l'intelligenza simulata bioispirata si basa sull'apprendimento della natura attraverso la visualizzazione computazionale e la creazione di nuovi piani. Questo approccio ha applicazioni in reti sportive a barriera progettazione, meccanica avanzata e altro ancora, interpretando gli standard normali in chiave innovativa. Imitando strutture biologiche come la seta degli insetti e le conchiglie degli insetti, le reti bioispirate possono dare origine a nuovi materiali di qualità superiore.
Biomimetica negli attrezzi sportivi: Innovazioni ispirate alla natura che migliorano le prestazioni sportive
Analoghi della seta degli insetti
La seta degli insetti è forse il materiale di rete bio-ispirato più solido in natura. Presenta una rigidità equivalente a quella dell'acciaio, ma è più leggera e molto più dura. La sua microstruttura discreta di aree simili al vetro impiantate in una nebulosa struttura proteica conferisce forza e adattabilità. Gli scienziati hanno imitato la seta degli insetti utilizzando nanofibre composite elettrofilate contenenti policaprolattone e nanocristalli di cellulosa per sviluppare ulteriormente la resistenza.
Trasformazione di base
I modelli regolari sopportano spesso l'usura per effetto di modifiche primarie e non di materiali. Le ossa sopportano carichi monotoni grazie a cambiamenti compositivi, come i filamenti di collagene che rafforzano la rete. Inoltre, le trasformazioni primarie nelle attrezzature sportive sviluppano ulteriormente la robustezza, come i tubi ispirati al bambù, resistenti alla chiusura grazie alla diffusione delle fibre della pendenza.
Ritenzione di energia
Le ricerche sulla fibra semplice di seta di insetto hanno evidenziato una straordinaria ritenzione di energia e rigidità esplicita. Anche i legamenti normali hanno mostrato una forza straordinaria reti sportivenonostante i legamenti associno i muscoli alle ossa per la trasmissione della forza. Le reti bio-ispirate legamenti che coinvolgono fibre per la ritenzione di materiale difensivo ulteriormente sviluppato dispersione di energia durante le influenze.
Compositi bio-ispirati
Compositi a fibre normali
I compositi a base di filamenti vegetali, come iuta, lino e canapa, hanno mostrato proprietà meccaniche superiori a quelle dei filamenti di vetro a spessori inferiori. I compositi unidirezionali sisal/ epossidico hanno raggiunto rigidità e solidità simili a quelle del vetro E/ epossidico. La normale ibridazione prodotta ha sfruttato le qualità e attenuato le carenze.
Trasformazione primaria
Alcuni materiali a rete bio-ispirati sopportano la pressione attraverso pendenze nelle proprietà meccaniche. I gruppi vascolari di bambù hanno mostrato un aumento della resistenza verso l'esterno con la diminuzione della porosità. I compositi biomimetici che rispecchiano il bambù consolidando microsfere vuote a porosità graduata in epossidica hanno migliorato la variazione primaria.
Ritenzione di energia
Sono stati esaminati compositi progressivi di ispirazione biologica, ad esempio tubi sovrapposti ispirati al legno. Queste camere miniaturizzate rivestite, inserite in camere più grandi su larga scala, hanno trattenuto 40% più energia rispetto a contenitori omogenei di massa equivalente. Le strisce di pomelo, come gli angoli sottostanti, nei tubi di schiuma di alluminio migliorano la robustezza, aumentando la ritenzione di energia di 1,5 volte.
Materiali bio-ispirati
Ragnatele come modelli per il piano
Cobwebs ha razionalizzato la resistenza e la solidità attraverso esempi matematici. I loro complicati progetti sono stati ispirati da ricostruzioni computazionali di elementi liquidi e dalla razionalizzazione della geografia. Le reti stampate in 3D di ispirazione biologica hanno sviluppato ulteriormente la solidità 37% rispetto alle griglie a nido d'ape standard.
Ragnatele per i test d'effetto
Reti di insetti ispirate a disegni infinitesimali hanno diretto il piano di influenza anisotropica stampato in 3D sicuro materiali per reti sportive. I confini matematici hanno adattato l'assimilazione dell'energia. Le organizzazioni di filamenti di vetro stampati hanno assorbito la maggior parte dell'energia.
Segmenti trasversali rotondi ispirati agli insetti
I tubi stampati in 3D ispirati all'elitra strisciante con i consueti segmenti trasversali esagonali, tripartiti e rotondi sotto forma di arco. I segmenti trasversali rotondi hanno ampliato la solidità migliorando le aree esagonali. Gli esagoni standard hanno prodotto circa 50% della solidità degli esagoni disposti in modo arbitrario a causa dello spessore anisotropo della parete della cella.
Pannelli sandwich a nido d'ape livellati di vario tipo
Piani ispirati ai piedi di pony
La struttura del piede di pony ha ispirato le reti a nido d'ape bio-ispirate provate sotto pressione. L'aggiunta di flussi e riflussi circolari alle pareti a nido d'ape ha migliorato l'assimilazione dell'energia. L'aumento dello spessore delle pareti ha inoltre incrementato la potenza massima e l'assimilazione dell'energia.
Cobweb Sistemi progressivi
La ragnatela di prova ispirata a vari favi livellati ha mostrato una maggiore assimilazione di energia esplicita rispetto ai favi standard. La prima richiesta di sistema progressivo ha sviluppato ulteriormente la ritenzione 62,1% e la seconda richiesta 82,4% senza alcuna diminuzione dello spessore centrale.
Striscia di Pomelo Ordine ispirato
L'organizzazione vascolare delle strisce di pomelo, ispirata al nuovo nido d'ape progressivo, ha mostrato un'ingestione di energia esplicita e una pressione di livello 1,5 volte superiore rispetto ai nidi d'ape standard sotto pressione fuori dal piano, grazie alla densificazione del centro e alla porosità della pendenza.
Conclusione
In questo lavoro sono stati esaminati progetti permeabili di reti bio-ispirate da bambù, legno, zampe di cavallo, ragnatele e strisce di pomelo. Le loro proprietà intrinseche hanno indotto piani biomimetici provati in modo sperimentale e matematico. I piani progressivi hanno migliorato in modo affidabile le proprietà. I piani bio-ispirati da modelli cellulari, compositi e pannelli sandwich hanno mostrato un ulteriore sviluppo della resistenza, della solidità e dell'assorbimento di energia. Il lavoro futuro può far progredire i piani, indagare su diverse specie e livelli di complessità applicando sistemi multi-obiettivo e di controllo della qualità. razionalizzazione multiscala. Unitamente alla produzione di sostanze aggiuntive, i piani ispirati alla biotecnologia possono creare progetti leggeri multifunzionali su misura.
FAQ
D: Che cos'è la biomimetica/bioispirazione?
R: La biomimetica, o bioispirazione, allude al modo più comune di rispecchiare piani e idee rintracciati in natura per occuparsi di problemi umani. Si tratta di concentrarsi sulle strutture, i cicli e gli ambienti biologici per sviluppare nuovi materiali, gadget e progetti. L'obiettivo è quello di riprodurre la competenza, la flessibilità e la supportabilità rintracciate in strutture normali attraverso soluzioni meccaniche.
D: Quali tipi di progetti possono essere bioispirati?
R: Un ampio assortimento di disegni regolari funge da motivazione, tra cui tubi, nidi d'ape, spume, sezioni trasversali, e da lì in poi il limite è il cielo. I modelli includono steli di bambù, ossa, venature del legno, seta di insetti e ali di farfalla. I ricercatori li studiano su scala miniaturizzata/nano per capire le loro proprietà e ripetere artificialmente i piani.
D: Quali aziende utilizzano piani bioispirati?
R: I progetti di reti bio-ispirate trovano applicazione in settori come l'aviazione, i trasporti, la biomedicina, l'energia e la protezione. I modelli ricordano le schiume metalliche ispirate alle ossa per l'avionica, i compositi simili al legno per le automobili e la meccanica avanzata ispirata agli insetti sotterranei per la ricerca e il recupero. Anche i vantaggi sostenibili della biomimetica ne stanno determinando l'utilizzo.
D: Quali sono le strategie di fabbricazione delle sostanze aggiunte utilizzate?
R: Le tecniche tipiche per la stampa 3D di progetti bioispirati comprendono l'espulsione di materiale, il volo di materiale, la polimerizzazione di serbatoi, lo streaming di elementi di fissaggio e la combinazione di letti di polvere. La strategia dipende dal materiale, dalla matematica e dalla scala di creazione. La stampa multimateriale e la stampa di fibre nonstop funzionano anche con piani biomimetici complessi.
