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: Технологии. Читать весь текст на android-robot.com.
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...
Завораживающие кадры: буря из пустыни Гоби накрыла Амурскую область Жители Благовещенска сегодня как будто оказались на Марсе. Из Китая и Монголии циклон принес такую песчаную бурю, что не было видно даже солнца &mdas...
На Пятом канале акция «День добрых дел» для пострадавших от терактов в Красногорске и Белгороде ПОЖЕРТВОВАТЬ Сегодня День добрых дел на Пятом канале. На этот раз он отличается от традиционного формата. Еще в субботу 23 марта в своем эфире Пятый ...
Как установить Mir Pay на смартфон в 2024 году? Приложение для бесконтактной оплаты Mir Pay было удалено из магазина Google Play из-за санкций. Расскажем, как установить на смартфон российское плат...
Статистика каршеринга в России от аналитиков Yota Информация от аналитиков Yota на основе обезличенных данных абонентов. Популярность использования сервисов каршеринга в 2023 году выросла на 43%. Лид...
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...
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...
Эксперты ждут очередного Золотого мяча для Месси После триумфального выступления на футбольном чемпионате мира в Катаре лидер сборной Аргентины Лионель Месси стал основным претендентом на главную ин...
Топ-5 самых дорогих футболистов РПЛ составляют игроки «Зенита» Пока элитный футбольный дивизион России – Премьер-лига, находится на зимних каникулах, эксперты футбольного финансового рынка обновили ориентировочну...
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...
Принудительный договор на обслуживание газового оборудования: всё или ничего «Городская служба газа» оказалась в центре нового скандала. Видимо, оферты, оформленные в виде квитанций, не помогли компании привлечь бо...
Умер спортивный комментатор Василий Уткин СМИ распространяют информацию о том, что умер спортивный комментатор Василий Уткин. Журналисту было всего 52 года.В последнее время Уткин сильно боле...
Вопреки санкциям: российский ВПК увеличил производство оружия и техники в разы По итогам 2023 года российский оборонно-промышленный комплекс в разы увеличил производство оружия и боеприпасов, заявил министр обороны РФ Сергей Шой...
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...
ИИ предсказывает вкус и качество пива Бельгийские ученые разработали модели искусственного интеллекта, которые могут предсказать, как потребители оценят то или иное пиво и какие ароматиче...
Вьетнамский автопроизводитель VinFast начнет продавать электромобили в Таиланде Вьетнамский автопроизводитель VinFast объявил во вторник, что планирует продавать свои электромобили в Таиланде, и заявил, что связался с автодилерам...
«Российские чиновники кажутся довольно хорошими продавцами навоза». Белый дом назвал «пропагандой» заявления Москвы о причастности Украины к теракту в «Крокусе» Белый дом назвал «ерундой» и «пропагандой» заявления российских властей о возможной причастности Украины к теракту в «Крокус Сити Холле». Советник Бе...
В секторе Газа неизбежен голод — так говорят эксперты. Предотвратить его может прекращение огня, но Израиль и ХАМАС не готовы на это пойти, пишет The Economist Самолет сбрасывает гуманитарную помощью над севером сектора Газа Голод на севере сектора Газа неизбежен и, вероятно, начнется в мае, а к июлю голодат...
Индекс доллара: баланс в пользу быков Влияние на рынок:3Заседание FOMC – главное событие дня на Wall Street, способное задать тон торгов на недели вперёд, так как ФРС зачастую стоит...
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...
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...
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...
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...
Фёдоров Александр Александрович: Биография, образование, наука Фёдоров Александр Александрович родился 08.10.1970 в городе Семёнове Нижегородской области. Его родители, журналист и химик, привили ему любовь к зна...
Радиальный вентилятор улитка Радиальный вентилятор-улитка – это инновационное устройство, разработанное с целью решения проблем вентиляции и обеспечения оптимального микроклимата...
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...
Насколько корректно бесплатное скачивание музыки в Сети? Давайте в этой статье поговорим о том, насколько корректно скачивать недавно вышедшую в свет музыку в сети Интернет, а также о том, насколько это мож...
Основательница магазина корейской косметики рассказала о произволе в Инстаграм Основательница магазина корейской косметики LaskshmiShop рассказала о произволе искуственного интеллекта в ее Инстаграмм аккаунте, на который подписа...
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...
Использование компьютерных программ для эффективного ведения социальных сетей В современном мире, где социальные сети стали неотделимой частью нашей жизни и ключевым инструментом для бизнеса, грамотное управление ими требует пр...
Перспективы развития кибербезопасности в российском телекоммуникационном секторе Современный мир все больше становится цифровым, это происходит день ото дня, и телекоммуникационный сектор играет важную роль в этом процессе. Однако...
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...