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Explorar o potencial transformador da conceção de redes bio-inspiradas, tirando lições da natureza para criar materiais e estruturas avançados para redes desportivas. Descubra aplicações em equipamento desportivo, compósitos e designs inovadores, aumentando a resistência, a durabilidade e a absorção de energia.
Redes bio-inspiradas: aprender com o design da natureza
Este documento inclui uma introdução que fornece uma visão geral do design de redes bio-inspiradas e da sua importância para a inovação. Em seguida, aborda a biomimética e o equipamento desportivo, discutindo os análogos da seda de insectos, as transformações subjacentes e a retenção de energia. A secção seguinte explora os compósitos bio-inspirados, destacando os compósitos de fibras naturais, as transformações estruturais e a retenção de energia. A seguir, o foco passa para os materiais de inspiração biológica, apresentando as teias de aranha como modelos de design, a sua utilização em testes de impacto e secções transversais redondas inspiradas em insectos.
Em seguida, são abordadas várias placas sanduíche alveolares em camadas, com destaque para os desenhos inspirados em pés de pónei, sistemas progressivos de teias de aranha e estruturas inspiradas em tiras de pomelo. Por fim, a conclusão resume os resultados e sugere direcções futuras na conceção de redes bio-inspiradas, seguida de uma secção de perguntas frequentes que aborda questões-chave relacionadas com a biomimética, tipos de concepções bio-inspiradas, indústrias aplicáveis e técnicas de fabrico aditivo.
O plano bio-inspirado atrai a motivação da natureza para resolver dificuldades de conceção. A natureza suportou milhares de milhões de anos a melhorar planos através do progresso. Desde a seda exacta dos insectos até às colinas das térmitas, a natureza oferece disposições astutas que melhoram a força e a robustez. Atualmente, a inteligência simulada de inspiração biológica trabalha com os ganhos da natureza através da apresentação computacional e da idade de novos planos. Esta abordagem tem aplicações em redes de proteção desportiva conceção, mecânica avançada e muito mais, fazendo uma interpretação dos padrões normais em inovação. Ao imitar estruturas biológicas como a seda de insectos e conchas rastejantes, o plano de redes bio-inspiradas pode levar a novos materiais de execução superior.
Biomimética no equipamento desportivo: Inovações inspiradas na natureza que melhoram o desempenho desportivo
Análogos de seda de insectos
A seda de inseto é talvez o material de rede bio-inspirado mais fundamentado da natureza. Apresenta uma rigidez equivalente à do aço, mas é mais leve e muito mais dura. A sua microestrutura discreta de áreas vítreas implantadas numa estrutura proteica nebulosa confere-lhe força e adaptabilidade. Os cientistas imitaram a seda de insectos utilizando nanofibras compostas electrospun contendo policaprolactona e nanocristais de celulose para desenvolver ainda mais a resistência.
Transformação subjacente
Os modelos regulares suportam frequentemente o desgaste através de actualizações primárias e não materiais. Os ossos suportam cargas monótonas através de alterações na composição, como os filamentos de colagénio que fortalecem a rede. Além disso, a transformação primária no equipamento atlético desenvolve ainda mais a robustez, como os tubos inspirados no bambu, que são resistentes à fixação devido à disseminação da fibra em declive.
Retenção de energia
A investigação sobre a fibra simples de seda de inseto revelou uma extraordinária retenção de energia explícita e rigidez. Os ligamentos normais revelaram igualmente uma força espantosa redes desportivasApesar do facto de os ligamentos associarem os músculos ao osso para a transmissão de força. Ligamentos de redes bio-inspiradas envolvendo fibras para retenção de material defensivo desenvolveram ainda mais a dispersão de energia durante as influências.
Compósitos bio-inspirados
Compósitos de fibras normais
Os compósitos de filamentos de plantas, como a juta, o linho e o cânhamo, apresentaram propriedades mecânicas muito superiores às dos filamentos de vidro com espessuras inferiores. Os compósitos unidireccionais de sisal/epóxi obtiveram uma rigidez e solidez semelhantes às do vidro E/epóxi. A hibridização normal fabricada utilizou qualidades ao mesmo tempo que atenuou as deficiências.
Transformação primária
Alguns materiais de redes bio-inspiradas suportam a pressão através de declives nas propriedades mecânicas. Os grupos vasculares de bambu mostraram um incremento de resistência com a diminuição da porosidade. Os compósitos biomiméticos espelharam o bambu, consolidando microesferas vazias de porosidade graduada em epóxi, melhorando a variação primária.
Retenção de energia
Foram examinados compósitos progressivos de inspiração biológica, por exemplo, tubos sobrepostos inspirados na madeira. Estas câmaras em miniatura revestidas, instaladas em câmaras maiores de grande dimensão, retêm mais energia do que os recipientes homogéneos de massa equivalente. As tiras de pomelo, como ângulos subjacentes em tubos de espuma de alumínio, conferem robustez, aumentando a retenção de energia em 1,5 vezes.
Materiais bio-inspirados
As teias de aranha como modelos para o plano
As teias de aranha simplificaram o arrastamento e a solidez através de exemplos matemáticos. As suas concepções complicadas foram inspiradas em reencenações de elementos líquidos computacionais e na racionalização da geografia. As redes impressas em 3D de inspiração biológica desenvolveram ainda mais a firmeza 37% em relação às grelhas alveolares normais.
Teias de aranha para testes de efeito
Redes de insectos inspiradas em desenhos infinitesimais dirigiram o plano de influência anisotrópico impresso em 3D seguro materiais para redes desportivas. Limites matemáticos adaptados à assimilação da energia. As organizações de filamentos de vidro impressos ingeriram a energia mais elevada.
Travessas redondas inspiradas em insectos
Tubos impressos em 3D inspirados em élitros rastejantes com segmentos transversais hexagonais, triangulares e redondos habituais sob curvatura. Os segmentos transversais redondos aumentaram a firmeza, melhorando as áreas hexagonais. Os hexágonos padrão produziram cerca de 50% da solidez dos hexágonos dispostos arbitrariamente devido à espessura anisotrópica da parede celular.
Várias placas sanduíche alveolares niveladas
Planos inspirados no Pé de Pónei
A estrutura em pé de pónei inspirou redes bio-inspiradas em favos de mel testadas sob pressão. A adição de fluxos e refluxos redondos às paredes do favo de mel melhorou a assimilação de energia. O aumento da espessura das paredes também aumentou a potência máxima e a assimilação de energia.
Sistemas Cobweb Progressive
Os favos de mel nivelados inspirados em teias de aranha experimentais mostraram uma assimilação de energia explícita mais elevada do que os favos de mel padrão. O sistema progressivo do primeiro pedido desenvolveu ainda mais a retenção 62,1% e o segundo pedido 82,4% sem diminuição da espessura central.
Encomenda inspirada na tira de pomelo
A organização vascular da tira de pomelo inspirada no novo centro do favo de mel progressivo mostrou uma ingestão de energia explícita e um nível de pressão 1,5 vezes maior do que os favos de mel padrão sob pressão fora do plano, devido à densificação do centro e à porosidade do declive.
Conclusão
Este artigo inspeccionou vários modelos de redes permeáveis de inspiração biológica, desde bambu, madeira, patas de cavalo a teias de aranha e tiras de pomelo. As suas propriedades inerentes levaram a planos biomiméticos experimentados experimental e matematicamente. Os planos progressivos melhoraram as propriedades de forma fiável. Os planos bio-inspirados a partir de modelos celulares, compósitos e placas sanduíche revelaram uma maior resistência, solidez e ingestão de energia. O trabalho futuro pode fazer avançar os planos, investigar diferentes espécies e níveis de complexidade aplicando métodos multiobjectivo e racionalização multi-escala. Juntamente com a produção de substâncias adicionais, os planos de inspiração biológica podem criar projectos leves multifuncionais adaptáveis.
FAQ,s
P: O que é a biomimética/bioinspiração?
R: A biomimética, ou bioinspiração, alude à forma mais comum de espelhar planos e ideias registados na natureza para tratar de questões humanas. Inclui a concentração em estruturas, ciclos e ambientes biológicos para desenvolver novos materiais, dispositivos e projectos. O objetivo é reproduzir a proficiência, a flexibilidade e a capacidade de suporte registadas em estruturas regulares através de disposições mecânicas.
P: Que tipos de desenhos podem ser bioinspirados?
R: Uma grande variedade de desenhos regulares serve de motivação, incluindo tubos, favos de mel, espumas, secções transversais e, a partir daí, o céu é o limite. Os modelos incorporam caules de bambu, osso, grão de madeira, seda de inseto e asas de borboleta. Os investigadores estudam-nos à escala miniatura/nano para descobrir as suas propriedades e repetir planos artificialmente.
P: Que empresas utilizam planos bioinspirados?
R: Os planos de redes bio-inspiradas têm aplicações em empreendimentos como a aviação, os transportes, a biomedicina, a energia e a proteção. Os modelos lembram espumas metálicas inspiradas em ossos para a aviónica, compósitos semelhantes a madeira para automóveis e mecânica avançada inspirada em insectos subterrâneos para busca e salvamento. As vantagens sustentáveis da biomimética estão igualmente a impulsionar a sua utilização.
P: Que estratégias de fabrico de substâncias adicionais são utilizadas?
R: As técnicas típicas para imprimir em 3D planos bioinspirados incorporam a expulsão de material, o voo de material, a polimerização de tanques, o fluxo de fixadores e a combinação de leito de pó. A estratégia depende do material, da matemática e da escala de criação. A impressão multimaterial e de fibras sem paragens funciona igualmente com planos biomiméticos complexos.
