Красивые, корявые, извилистые рифы, окружающие тропические острова, служат морским убежищем и естественным буфером от штормов на море. Но по мере того, как последствия изменения климата обесцвечивают и разрушают коралловые рифы по всему миру, а экстремальные погодные явления становятся все более распространенными, прибрежные сообщества становятся все более уязвимыми для частых наводнений и эрозии.
Команда Массачусетского технологического института теперь надеется укрепить береговые линии с помощью «архитекторских» рифов — устойчивых морских структур , спроектированных так, чтобы имитировать эффект буферизации волн естественных рифов, а также обеспечивать карманы для рыб и других морских обитателей.
Исследование опубликовано в журнале PNAS Nexus .
В основе дизайна рифа, разработанного командой, лежит цилиндрическая конструкция, окруженная четырьмя планками, похожими на руль.
Инженеры обнаружили, что когда эта конструкция противостоит волне, она эффективно разбивает волну на турбулентные струи, которые в конечном итоге рассеивают большую часть общей энергии волны.
Команда подсчитала, что новая конструкция может уменьшить столько же энергии волн, сколько существующие искусственные рифы, используя в 10 раз меньше материала. Исследователи планируют изготовить каждую цилиндрическую конструкцию из экологически чистого цемента, который они будут формовать в форме «вокселов», которые можно будет собирать автоматически, и которые предоставят карманы для исследования рыб и поселения других морских обитателей.
Цилиндры можно было соединить, образовав длинную полупроницаемую стену, которую инженеры могли бы возвести вдоль береговой линии, примерно в полумиле от берега.
Основываясь на первоначальных экспериментах команды с лабораторными прототипами, спроектированный риф может снизить энергию приходящих волн более чем на 95 процентов.
«Это будет похоже на длинный прибой», — говорит Майкл Триантафиллу, профессор океанологии и инженерии Генри Л.
и Грейс Доэрти на факультете машиностроения. «Если волны высотой 6 метров приближаются к этой рифовой структуре, на другой стороне они в конечном итоге будут менее метра в высоту.
Таким образом, это устраняет воздействие волн и может предотвратить эрозию и наводнение». Соавторами Триантафиллу в Массачусетском технологическом институте являются Эдвард Ронглан СМ ’23; аспиранты Альфонсо Парра Рубио, Хосе дель Ауила Феррандис и Эрик Странд; ученые-исследователи Патрисия Мария Статату и Каролина Бастидас; и профессор Нил Гершенфельд, директор Центра битов и атомов; вместе с Алексисом Оливейрой да Силвой из Парижского политехнического института, Диксией Фан из Университета Вестлейк и Джеффри Гейром-младшим из Scinetics, Inc.
Использование турбулентности Некоторые регионы уже возвели искусственные рифы, чтобы защитить свои береговые линии от надвигающихся штормов.
Эти конструкции обычно представляют собой затонувшие корабли, вышедшие из эксплуатации нефтяные и газовые платформы и даже собранные конструкции из бетона, металла, шин и камней.
Однако типы искусственных рифов, которые существуют в настоящее время, различаются, и нет стандартов для проектирования таких структур.
Более того, используемые конструкции, как правило, имеют низкое рассеивание волн на единицу объема используемого материала.
То есть требуется огромное количество материала, чтобы разрушить достаточно волновой энергии, чтобы адекватно защитить прибрежные сообщества.
Вместо этого команда Массачусетского технологического института искала способы создать искусственный риф, который бы эффективно рассеивал энергию волн с использованием меньшего количества материала, а также обеспечивал убежище для рыб, живущих вдоль любого уязвимого побережья.
«Помните, естественные коралловые рифы встречаются только в тропических водах », — говорит Триантафиллу, директор Морского гранта Массачусетского технологического института.
«У нас не может быть таких рифов, например, в Массачусетсе. Но спроектированные рифы не зависят от температуры, поэтому их можно поместить в любую воду, чтобы защитить больше прибрежных территорий».
Новые усилия являются результатом сотрудничества между исследователями из Массачусетского технологического института Sea Grant, которые разработали гидродинамический дизайн рифовой структуры, и исследователями из Центра битов и атомов (CBA), которые работали над тем, чтобы сделать структуру модульной и простой в изготовлении на месте.
Разработанный командой проект рифа возник из двух, казалось бы, не связанных друг с другом проблем.
Исследователи CBA разрабатывали сверхлегкие ячеистые конструкции для аэрокосмической промышленности , а исследователи Sea Grant оценивали эффективность противовыбросовых превенторов на морских нефтяных сооружениях — цилиндрических клапанов, которые используются для герметизации нефтяных и газовых скважин и предотвращения их утечек.
Испытания команды показали, что цилиндрическая конструкция конструкции создает большое сопротивление.
Другими словами, структура оказалась особенно эффективной в рассеивании мощных потоков нефти и газа. Они задавались вопросом: может ли то же самое устройство рассеять другой тип потока — океанские волны? Исследователи начали экспериментировать с общей структурой при моделировании потока воды, настраивая ее размеры и добавляя определенные элементы, чтобы увидеть, меняются ли волны и если да, то как, когда они разбиваются о каждую моделируемую конструкцию.
Этот итерационный процесс в конечном итоге привел к оптимизированной геометрии: вертикальный цилиндр, окруженный четырьмя длинными планками, каждая из которых прикреплена к цилиндру таким образом, что оставляет пространство для потока воды через полученную структуру.
Они обнаружили, что эта установка по существу разрушает любую поступающую волновую энергию, заставляя части вызванного волной потока двигаться по спирали в стороны, а не падать вперед.
«Мы используем эту турбулентность и эти мощные струи, чтобы в конечном итоге рассеять энергию волн», — говорит Феррандис.
Противостоять бурям Как только исследователи определили оптимальную структуру, рассеивающую волны, они изготовили лабораторную версию искусственного рифа, состоящую из серии цилиндрических структур, которые они напечатали на 3D-принтере из пластика.
Каждый испытательный цилиндр имел ширину около 1 фута и высоту 4 фута.
Они собрали несколько цилиндров, каждый из которых находился на расстоянии примерно фута друг от друга, чтобы сформировать конструкцию, похожую на забор, которую затем опустили в волновой резервуар в Массачусетском технологическом институте.
Затем они создали волны различной высоты и измерили их до и после прохождения через спроектированный риф.
«Мы видели, как волны существенно уменьшились, поскольку риф уничтожил их энергию», — говорит Триантафиллу.
Команда также рассмотрела возможность сделать структуры более пористыми и удобными для рыб. Они обнаружили, что вместо того, чтобы делать каждую конструкцию из цельной плиты пластика, можно использовать более доступный и экологичный тип цемента.
«Мы работали с биологами, чтобы протестировать цемент, который мы собираемся использовать, и он безопасен для рыб и готов к использованию», — добавляет он. Они определили идеальный образец «вокселов» или микроструктур, в которые можно было бы отлить цемент, чтобы изготовить рифы, одновременно создавая карманы, в которых могли бы жить рыбы.
Эта геометрия вокселей напоминает отдельные коробки для яиц, сложенные встык, и, по-видимому, не влияет на общую способность рассеивания волн структуры.
«Эти вокселы по-прежнему сохраняют большое сопротивление, позволяя рыбе двигаться внутри», — говорит Феррандис.
В настоящее время команда изготавливает цементные воксельные конструкции и собирает их в спроектированный в лабораторных условиях риф, который они будут тестировать в различных волновых условиях.
Они предполагают, что воксельная конструкция может быть модульной, масштабируемой до любого желаемого размера, а также легко транспортироваться и устанавливаться в различных морских местах. «Сейчас мы моделируем реальную картину моря и проверяем, как эти модели будут работать, когда нам в конечном итоге придется их развернуть», — говорит Анджали Синха, аспирант Массачусетского технологического института, недавно присоединившаяся к группе.
В дальнейшем команда надеется работать с пляжными городами в Массачусетсе, чтобы протестировать конструкции в пилотном масштабе.
«Эти тестовые структуры не будут маленькими», — подчеркивает Триантафиллу.
«Они будут около мили в длину, около 5 метров в высоту и будут стоить около 6 миллионов долларов за милю. Так что это недешево. Но это может предотвратить ущерб от урагана на миллиарды долларов. А с учетом изменения климата защитить побережья станет большой проблемой».
Рубрика: Hi-Tech и Наука. Читать весь текст на android-robot.com.
Алессандро Микеле стал новым креативным директором Valentino Алессандро Микеле стал новым креативным директором Valentino. 51-летний итальянский дизайнер заменит Пьерпаоло Пиччоли, который на днях покинул модны...
Алла Пугачёва прокомментировала теракт в "Крокус Сити Холле" Алла Пугачёва в своём инстаграме* опубликовала пост, в котором высказалась о теракте в "Крокус Сити Холле", который произошёл неделю назад. Ранее пев...
Ставки с 1хбет: как начать свой путь успеха? Если вы хотите на футбол ставки поставить, то вам даже не нужно выходить из собственного дома. На сегодняшний день, огромное количество пользователей...
Как стать гражданином Турции? Гражданство Турции относится к лицам, которые имеют законные связи с Республикой Турция. Таким людям предоставляются определенные права и свободы, ус...
В Курске Детский парк находится в неприглядном состоянии Детский парк в центре Курска давно стал излюбленным местом горожан для прогулок и занятий спортом. Если окунуться в прошлое, то много лет он был в уж...
Жительница Курской области потеряла работу из-за смены руководства Проработав много лет добросовестным трудом, жительницу Солнцевского района незаконно уволили с работы. Данный факт был доказан и прокуратурой, однако...
Теневое истребление лесов оставило Сергея Шеверду без отпуска Задержанный министр лесного хозяйства Иркутской области может потянуть за собой и других видных «шишек» городской администрации вплоть до губернатора...
Страшно жить: В Башкирии орудуют бандиты, выдающие себя за военных Известный в башкирском городе «подполковник» в очередной раз заставил горожан понервничать, рассказывая о своей любви к издевательствам. В Башкирии с...
Украина и Грузия — на Евро. Покажут ли нам эти матчи по ТВ? В число участников чемпионата Европы по футболу пробились две команды из стран постсоветского пространства. Во вторник вечером окончательно определил...
Брянцам рассказали о симптомах и лечении предиабета Предиабет – это состояние, которое предшествует развитию сахарного диабета второго типа, включающее в себя нарушенную гликемию натощак и нарушенную т...
Брянский турбизнес представил свои возможности на выставке в «Крокус Экспо» Представители туристического кластера Брянской области представили свои услуги, продукцию и возможности на Международной выставке туризма и индустрии...
Вячеслав Моше Кантор: почему определение антисемитизма играет ключевую роль в деле борьбы с самим явлением На сегодняшний день в числе общественных деятелей и экспертов по вопросам антисемитизма Вячеслав Моше Кантор выделяется особенно, во многом – своей л...
Все про военную технику России и США Военные аналитики регулярно сравнивают все составляющие военной мощи США и России. И немудрено, обе страны являются сильнейшими державами на планете....
Портативная колонка Sony SRS-XB100 выходит на китайский рынок по цене 399 юаней Sony China расширила свою линейку аудиосистем, представив новую портативную беспроводную колонку SRS-XB100 На китайском рынке она уже доступа для пре...
Брянцам рассказали о симптомах и лечении предиабета Предиабет – это состояние, которое предшествует развитию сахарного диабета второго типа, включающее в себя нарушенную гликемию натощак и нарушенную т...
Украина и Грузия — на Евро. Покажут ли нам эти матчи по ТВ? В число участников чемпионата Европы по футболу пробились две команды из стран постсоветского пространства. Во вторник вечером окончательно определил...
Что делать с акциями Совкомбанка в перспективе года: прогноз аналитика Совкомбанк продемонстрировал сильные итоги 2023 года в отчете о финансовых показателях, однако потенциал роста акций ограничен, считает аналитик «Тин...
Аналитики назвали пять шагов для выбора прибыльных дивидендных акций Инвесторы активно интересуются акциями, предполагающими регулярную выплату дивидендов. Аналитики «Альфа-Инвестиций» дали пять советов, как выбрать вы...
Рынок консолей в стагнации, но на Xbox могут появиться другие магазины – Фил Спенсер В последние дни было много споров и опасений по поводу будущего Xbox, поскольку Microsoft, похоже, отходит от эксклюзивов и традиционного консольного...
Выпущен Vivo X Fold 3 – самый тонкий и лёгкий гибкий смартфон в мире Vivo анонсировала два новых смартфона Vivo X Fold 3 и Fold 3 Pro. По сравнению с предшественниками, производитель не только уменьшил размеры новинок,...
В Курске Детский парк находится в неприглядном состоянии Детский парк в центре Курска давно стал излюбленным местом горожан для прогулок и занятий спортом. Если окунуться в прошлое, то много лет он был в уж...
Жительница Курской области потеряла работу из-за смены руководства Проработав много лет добросовестным трудом, жительницу Солнцевского района незаконно уволили с работы. Данный факт был доказан и прокуратурой, однако...
Алессандро Микеле стал новым креативным директором Valentino Алессандро Микеле стал новым креативным директором Valentino. 51-летний итальянский дизайнер заменит Пьерпаоло Пиччоли, который на днях покинул модны...
Алла Пугачёва прокомментировала теракт в "Крокус Сити Холле" Алла Пугачёва в своём инстаграме* опубликовала пост, в котором высказалась о теракте в "Крокус Сити Холле", который произошёл неделю назад. Ранее пев...
Поездка с риском для жизни: смолянин «налетел» на неожиданное препятствие на дороге в центре города Крышка люка, на которую наехал молодой человек, больно ударила не только по авто, но и по бюджету горожанина. Максим, герой нашей истории, — об...
Сборная команда Брянской области успешно выступила на Первенстве ЦФО по пауэрлифтингу В Туле завершилось Первенство Центрального федерального округа по пауэрлифтингу. Успешное выступление на соревновании продемонстрировала сборная спор...
В Брянске открыли завод по сбору грузовиков В Брянске открыли завод по сбору грузовиков из КНР Продавать продукцию будут под брендом BNM Мероприятие прошло 18 августа. На открытии присутствовал...
Как выбрать сапоги для рыбалки: основные критерии, продукция из магазина Pike Людям, приобщившимся к активным видам отдыха, необходима удобная и ультрапрактичная обувь. При подборе качественной пары сапог для рыбалки важно прин...
Что такое расчетный счет и как выбрать банк для открытия Расчетным называется специальный счет в банке, предназначенный для ведения бизнеса. На него получают платежи, с него делают переводы, счет используют...
Калибры и другие инструменты от компании "Микрон" Калибры - это инструменты, предназначенные для контроля размеров и формы деталей, а также для определения наличия и характера дефектов на поверхностя...
Шины для авто Altra Auto Тип установленных шин напрямую влияет на управляемость вашего авто и его способность к безопасному и эффективному передвижению в любое время года. Гр...
После теракта в "Крокусе" Игорь Руденя поручил сформировать в Тверской области неприятие идеологии терроризма 28 марта губернатор Игорь Руденя провел расширенное заседание антитеррористической комиссии в Тверской области. Участие в рассмотрении вопросов приня...
В Тверской области до 1 октября продлен запрет на использование любых беспилотников В Тверской области до 1 октября 2024 года продлен запрет на использование беспилотных воздушных судов. Соответствующее решение принято 28 марта на за...
Сергей Полунин - российский артист балета Сергей Полунин известен всему миру как гениальный танцовщик с бунтарским характером. У артиста яркая интересная жизнь и непростой творческий путь от ...
Джеймс Майкл Тайлер: судьба Гантера из сериала «Друзья» Джеймс Майкл Тайлер – американский телевизионный актёр. Он начинал свою карьеру в Голливуде с низких должностей помощника монтажера и ассистента, одн...
Спастический запор: Что нужно знать об этом? Спастический запор – это нарушение кишечной активности, характеризующееся чрезмерным напряжением мышц кишечника, что приводит к затруднению прохожден...
Как выбрать электрический массажер Электрический массажер - это устройство, которое использует электричество для создания вибраций или движений, которые массируют тело. Они могут быть ...
Черепно-мозговые травмы меняют нейронные сети по всему мозгу Свежие научные открытия в области черепно-мозговых травм, сделанные американскими нейробиологами из Университета Тафтса в Массачусетсе, раскрывают но...
Общество: «Чего не сгубить, тому нету конца». Как «Пикник» играл в память о жертвах теракта В Санкт-Петербурге прошел концерт легендарной группы «Пикник». Трагедия в «Крокус Сити Холле» превратила выступление Эдмунда Шклярского и его коллег ...
Эксперты: Трагедия в «Крокусе» и атаки на Белгород сплотили всю Россию Организаторы теракта в «Крокусе» хотели посеять панику в российском обществе. Для этого же Запад и Украина начали информационные атаки сразу после ЧП...
Яндекс запустил нейросеть YandexGPT 3 Pro Новая нейросеть лучше работает со сложными запросами и точнее следует заданному формату ответов, благодаря чему будет особенно полезна при решении ре...
От чего бывает катаракта глаз и возможно ли от неё избавиться навсегда Как отмечают офтальмологи, этот недуг – результат денатурации белка, из которого состоит хрусталик. Белковые волокна темнеют под воздействием и...
ZOOM Metro: Пластилиновые фигурки помогли бесплатно ходить на выставки Петербуржец Юрий Стебаков всю жизнь работал в автомобильной отрасли. На пенсии стал сниматься в кино. – На одной из съёмок сильно повредил коле...