據(jù)外媒報道，從下一代防彈衣到治療結(jié)核病的新方法，海綿為科學界提供了很多東西，現(xiàn)在我們看到它們?nèi)绾渭ぐl(fā)出更強更輕的摩天大樓和橋梁。哈佛大學的工程師們已經(jīng)展示了一種基于這些海洋生物的玻璃狀骨骼的新型承重結(jié)構(gòu)，他們說這種結(jié)構(gòu)比目前的解決方案強20%以上。

對角格架構(gòu)是典型的有蓋橋梁的骨干，由輕質(zhì)和便宜的材料建造，利用緊密排列的對角梁來均勻地分散載荷。工程師們從19世紀初就開始使用這種方法，這種技術(shù)也被用來支撐高樓大廈，甚至是你在當?shù)丶彝パb修商店里可以找到的金屬儲物架。但哈佛大學的團隊認為還有改進的空間。

“它能完成工作，但它不是最佳的，導(dǎo)致材料的浪費或冗余，以及我們可以建造多高的上限，”該研究的第一作者Matheus Fernandes說。“推動這項研究的主要問題之一是，從材料分配的角度來看，我們是否可以讓這些結(jié)構(gòu)更有效率，最終使用更少的材料來達到同樣的強度？”

來自哈佛大學工程師與應(yīng)用科學學院（SEAS）的Fernandes和他的合作者已經(jīng)研究了二十多年的海洋海綿的骨骼系統(tǒng)，并在一種被稱為Euplectella aspergillum的物種中發(fā)現(xiàn)了一些新的潛力。

這種玻璃海綿的骨架依靠復(fù)雜的棋盤式圖案，由對角線支柱連接到底層的方形網(wǎng)格，形成一個堅固的結(jié)構(gòu)，支撐著生物的管狀身體。“我們研究海綿骨骼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系已經(jīng)超過20年了，這些物種不斷給我們帶來驚喜，”研究作者James Weaver說。

科學家們創(chuàng)造了這種骨骼結(jié)構(gòu)的人工版本，并通過模擬和實驗，將其作為承重結(jié)構(gòu)的性能與今天通常使用的網(wǎng)格幾何結(jié)構(gòu)進行了比較。這種受海綿啟發(fā)的架構(gòu)勝過了所有的架構(gòu)，在不需要額外材料的情況下，結(jié)構(gòu)強度提高了20%以上。

“我們的研究表明，可以利用從海綿骨骼系統(tǒng)研究中獲得的經(jīng)驗教訓來構(gòu)建幾何優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，以延緩彎曲，這對改善現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用中的材料使用具有巨大的意義，”研究作者Katia Bertoldi說。

該團隊表示，這種架構(gòu)提供了 “給定數(shù)量的材料的最高抗彎曲性”，開啟了一些令人興奮的可能性。這可能包括新的橋梁、建筑，甚至是更有效利用材料的飛機和航天器。

“在許多領(lǐng)域，如航空航天工程，結(jié)構(gòu)的強度重量比是至關(guān)重要的，”Weaver說。“這種生物啟發(fā)的幾何結(jié)構(gòu)可以為設(shè)計更輕、更強的結(jié)構(gòu)提供路線圖，以滿足廣泛的應(yīng)用需求。”