सार:
कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले, हार्वर्ड विश्वविद्यालय और तुर्की में इस्तांबुल पॉलिटेक्निक विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक मेटामटेरियल डिज़ाइन विधि विकसित की है जो गहरे समुद्र के ग्लास स्पंज "यूप्लेक्टेला एस्परगिलम" की कंकाल संरचना पर आधारित भार-वहन क्षमता और द्रव प्रदर्शन को ध्यान में रखती है। नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित शोध, स्पंज की प्रतिकृति बनाने पर नहीं, बल्कि इसके हल्के, मजबूत ग्रिड ज्यामिति को कम्प्यूटेशनल रूप से अनुकूलित इंजीनियरिंग संरचनाओं में अनुवाद करने पर केंद्रित है।
वीनस बास्केट का फ्रेम कांच जैसे सिलिका से बना है। अनुदैर्ध्य और परिधीय फ्रेम, क्रॉस विकर्ण ब्रेसिज़ और बाहरी सर्पिल पैटर्न मिलकर एक जटिल जाली बनाते हैं, जो इसे गहरे समुद्र के दबाव और धाराओं का सामना करने और शरीर के माध्यम से या उसके चारों ओर पानी का मार्गदर्शन करने की अनुमति देता है। अनुसंधान टीम इस संरचना से सीखने और इंजीनियरिंग डिजाइन में आम विरोधाभासों को हल करने की उम्मीद करती है: सामग्री यथासंभव हल्की होनी चाहिए और जितना संभव हो उतनी कम सामग्री का उपयोग करना चाहिए, साथ ही हवा या पानी के प्रवाह के कारण होने वाले प्रतिरोध और कंपन को कम करने के लिए पर्याप्त मजबूत होना चाहिए।
इसके लिए, टीम ने प्रवाह को अनुकरण करने के लिए संरचनात्मक ताकत, कम्प्यूटेशनल तरल गतिशीलता का मूल्यांकन करने के लिए परिमित तत्व विश्लेषण का उपयोग किया, और फिर सैकड़ों ज्यामितीय समाधानों को स्वचालित रूप से स्क्रीन और समायोजित करने के लिए एक बहुउद्देश्यीय बायेसियन अनुकूलन एल्गोरिदम का उपयोग किया। अनुकूलन लक्ष्यों में संरचना के महत्वपूर्ण बकलिंग भार को बढ़ाना और द्रव खींचें, लिफ्ट और लिफ्ट के उतार-चढ़ाव को कम करना शामिल है; उत्तरार्द्ध भंवर बहाव और इसके द्वारा उत्पन्न कंपन से संबंधित है। इसके बाद शोधकर्ताओं ने चयनित संरचनाओं को बनाने के लिए स्टीरियोलिथोग्राफी का उपयोग किया और संपीड़न प्रयोगों और कण छवि वेलोसिमेट्री के माध्यम से सिमुलेशन परिणामों को सत्यापित किया।
प्रयोगों से पता चलता है कि विभिन्न सामग्री मात्रा अंशों के तहत, अनुकूलित ग्रिड का महत्वपूर्ण बकलिंग लोड बेसलाइन डिज़ाइन की तुलना में औसतन लगभग 140% बढ़ जाता है, जबकि ड्रैग, लिफ्ट और भंवर शेडिंग को कम करता है। उदाहरण के लिए, बर्कले ने कहा कि लगभग 5% के उद्घाटन अनुपात और एक सर्पिल रिज के साथ लगभग ठोस बेलनाकार संरचना भी संरचनात्मक स्थिरता का त्याग किए बिना द्रव-प्रेरित कंपन को महत्वपूर्ण रूप से दबा सकती है। शोधकर्ताओं ने कहा कि ये सुधार ज्यामिति अनुकूलन से आते हैं और सामग्री की मात्रा में वृद्धि नहीं करते हैं; प्रासंगिक मान प्रायोगिक संरचना और बेंचमार्क योजना के तुलनात्मक परिणाम हैं, और इसका मतलब यह नहीं है कि सभी सामग्रियों या अनुप्रयोगों में समान रूप से सुधार किया जा सकता है।
टीम का मानना है कि इस पद्धति का उपयोग उन संरचनाओं में किए जाने की संभावना है जिन्हें हल्के, भार-प्रतिरोधी और लंबे समय तक तरल वातावरण के संपर्क में रहने की आवश्यकता होती है, जिसमें विमान घटक, पनडुब्बी पाइपलाइन समर्थन संरचनाएं और चिकित्सा स्टेंट शामिल हैं जो शरीर में तरल पदार्थ चैनलों को बनाए रखने में मदद करते हैं। यह हवा से प्रभावित इंजीनियरिंग सुविधाओं, जैसे ऊंची इमारतों, के लिए भी उपयुक्त हो सकता है। अनुसंधान अभी भी डिजाइन ढांचे और प्रोटोटाइप सत्यापन चरण में है, और व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए विभिन्न सामग्रियों, तराजू, भार और विनिर्माण विधियों पर आगे के परीक्षण की आवश्यकता है।
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