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.
Как составить красивый букет из тюльпанов? Составить красивый букет из тюльпанов своими руками реально, но придется продумать весь процесс до мелочей, чтобы результат проделанной работы вас по...
Большинство регионов Поволжья попали в рейтинг перспективности трудоустройства среди российских субъектов Лидером Рейтинга регионов по перспективности трудоустройства в начале 2024 года стала Республика Татарстан, набравшая 77,42 балла. На одну активную в...
ТОП 5 - Лучшие LED/LASER проекторы для домашних кинотеатров LED/LASER проекторы пока так и не приблизились по ценам к ламповым моделям, а их уже вытесняют большие телевизоры, которые стремительно дешевеют Наст...
Топ 10 - Лучшие проекторы для домашних кинотеатров в жилой комнате Под давлением быстрого снижения цен на телевизоры из обновленной версии обзора полностью исчезли бледные модели проекторов мощностью менее 300 Вт Гла...
Видео курс «Волны Вульфа» — Бесплатно Выкладываю Видео курс «Волны Вульфа» абсолютно Бесплатно! Курс уже очень давно создан, его больше не продаем так же давно, паттерн Волны Ву...
Бесплатный курс по модели Po3 из 5 видео уроков Сегодня представляю вам Бесплатный курс по модели Po3 из 5 видео уроков. Её еще называют: Power of Three / Power of 3 / модель AMD / pattern AMD. Уже...
Канделаки возглавила ТНТ вместо автора «Дома-2»: станет ли канал вторым Матч-ТВ Поклонники задумались, какие изменения ждут канал. Не столкнётся ли он с проблемами Матч ТВ, которым руководила Канделаки. Фото: pbs.twimg.com Тина К...
Сериал «Стас» 2021 на «ТНТ»: Описание серий, актёры и роли, дата выхода «Бытовуха» русского стендапера — основная идея сериала «Стас». Комик Старовойтов, пропавший с экранов, исполнил главную роль в ситкоме. Стас Старовой...
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...
Газопоршневые установки Резервные газопоршневые установки обеспечивают надежное и эффективное функционирование систем газоснабжения в случае аварийных ситуаций или плановых ...
В чем минусы шипованной резины? Шипованная резина является популярным выбором для многих автовладельцев, живущих в регионах с суровой зимой и снежными дорогами. Ее основное преимуще...
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...
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...
Рабинер об уходе Федотова из ЦСКА: «И зачем человеку карьеру ломали, заваривали международный скандал? Бессмысленная и беспощадная история» Сегодня ЦСКА объявил о расторжении контракта с 27-летним вратарем, сообщив, что клуб сохранил спортивные права на хоккеиста. «И вот спрашивается: зач...
НХЛ. «Вашингтон» сыграет с «Торонто», «Каролина» примет «Детройт», «Рейнджерс» против «Колорадо» «Рейнджерс» сыграют с «Колорадо», «Флорида» против «Айлендерс», «Миннесота» – «Сан-Хосе», «Ванкувер» будет противостоять «Далласу». НХЛ Регулярный че...
Русская поэма Издательство «Альпина Проза» представляет книгу Анатолия Наймана «Русская поэма». Эта книга — развернутый комментарий Анатолия Наймана к главным, осн...
Палеолитическое орудие на картине XV века Группа ученых из Кембриджского университета и Дартмутского колледжа определила, что камень, изображенный на картине французского художника XV века Жа...
Алексей Фомин: скрипка и фортепиано, известны своей способностью передавать глубокие эмоции Сегодня, в эпоху цифровых технологий и современных инструментов, композиторы обретают возможность проникнуть глубже в суть музыки и передать свои чув...
Как заказать Nike по доступной цене Nike – один из самых известных мировых брендов спортивной одежды и обуви. Эта американская компания была основана в 1964 году профессиональным бегуно...
Резиновое покрытие для ледовых арен и открытых катков Небольшие ледовые арены могут обустраиваться не только в спортивных комплексах, но и на территории торгово-развлекательных центров. Здесь важно подоб...
В ЛДПР предложили снять плату за проезд по трассе «Дон» для жителей Краснодара Лидер ЛДПР Леонид Слуцкий инициировал разрешение бесплатного проезда по трассе «Дон» для жителей Краснодара. Они поделились проблемой затратной местн...
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 ...
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...
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,...
Мозг человека увеличивается каждое поколение, и это хороший знак для молодежи Каждые 10 лет объем мозга людей увеличивается. Изображение: lifehacker.com Человеческий мозг весит примерно 1,5 килограмма, а его объем может достига...
Что происходит с озером Байкал и почему ученые обеспокоены? Экосистема озера Байкал находится под угрозой из-за климатических измененийФото: W0ZNY / WIKIMEDIA COMMONS Одно из самых удивительных природных образ...
В сети появились рендеры Sony Xperia 1 V Мы надеемся, что Xperia 1 V уже не за горами. По-прежнему существует определенная вероятность того, что телефон появится на выставке MWC в Барселоне ...
Samsung показала Galaxy S23 и S23+ с обновленным дизайном Вслед за Galaxy S23 Ultra сегодня показали и обновление базовых моделей Galaxy S. И хотя Samsung улучшила основные аппаратные и программные функции, ...
поколении - Когда я впервые пришла на свое рабочее место, то просто растерялась. Такое обилие компьютеров, программ, отображающих непрерывный ход нефти по труб...
Сервисы «Брянскэнергосбыт»: почему стоит перейти на онлайн-квитанции Услуга «Электронная квитанция» пользуется популярностью среди потребителей филиала «Брянскэнергосбыт» ООО «Газпром энергосбыт Брянск». Уже более 10,3...
Тест-драйв: Машем году, Драйву и Мазде CX-30 из Subaru XV и Peugeot 2008 Обходимся без шипов. «Пыж» обут в Continental Viking Contact 7 комфортной размерности 215/60 R17. Для остальных выбрана Hakkapeliitta R3 SUV: 215/55 ...
Кроссовер Dongfeng Haoji опробует новую платформу Среднеразмерный паркетник, сопоставимый со «вторым» Дунфэном 580, дебютирует в марте 2022 года и встанет на ступеньку выше Дунфэна AX7. Обе подвески ...
Как выбрать правильный участок в Особой Экономической Зоне: Факторы для учета Компания, которая приобретает землю в особой экономической зоне, может получить преимущества. Большим преимуществом можно считать получение налоговых...
Обмен Kaspi Bank KZT на карту банка ТКС (Тинькофф) с максимальной выгодой Большинство пользователей, которым нужно провести обмен казахстанских тенге с карты Каспий Банка на рубли карты ТКС Банка, предпочитают пользоваться ...
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...
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...
«Яндекс» выпустил нейросеть YandexGPT 3 Pro Компания «Яндекс» представила третье поколение своих больших языковых моделей YandexGPT. Первой моделью этой линейки стала YandexGPT 3 Pro, которая у...