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: Наука и Технологии. Читать весь текст на android-robot.com.
С 1 апреля: Сбербанк предупредил тех, на чьих телефонах есть «Сбербанк Онлайн» С 1 апреля: Сбербанк предупредил тех, на чьих телефонах есть «Сбербанк Онлайн»Важная информация от сотрудников банка Пользователи мобильного приложен...
Пензенским школьникам предлагают совершить теракт за деньги Пензенским школьникам предлагают совершить теракт за деньги После страшных событий, произошедших 22 марта в "Крокус Сити Холле", где должен был состо...
Как выбрать песню для игры на пианино: советы и рекомендации Игра на пианино - это не только прекрасное увлечение, но и возможность выразить свои эмоции и чувства через музыку. Однако выбор подходящей песни для...
Общественный деятель Мартыненко Оксана Олеговна Мартыненко Оксана Олеговна является общественным деятелям за которым пристально следит пресса и журналисты. Это неслучайно. Стоит рассказать о личнос...
Один на льдине Rucriminal.info продолжает рассказывать о распиле бюджета на федеральных трассах страны. ФКУ «Управление федеральных автодорог «Северо-За...
«Карусель бабла в природе» Зрители концерта Пикника, которые попали под террористическую атаку, считают ложными заявления о том, будто все системы «Крокуса», предна...
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 ...
10 секретов выбора идеальной свадебной площадки: как выбрать место проведения свадьбы Во время объявления помолвки многие родственники и знакомые сразу задают вопрос: «Где будет свадьба». Вариантов бесчисленное множество, поэтому важно...
Офисный комплект "Р7" для предприятий и учебных заведений Офисный комплект R7 доступен в версиях для рабочих станций, серверов и облачных сервисов. Легкость в освоении пользовательского интерфейса. Обновлени...
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...
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...
Новые откровенные фото Селены Гомес спровоцировали слухи о её нестабильном психическом состоянии Пару дней назад Селена Гомес в своём инстаграме* опубликовала, а затем сразу удалила откровенные фотографии. На кадрах актриса позировала в нижнем бе...
Леонид Слуцкий предложил регламентировать работу микрофинансовых организаций Лидер ЛДПР Леонид Слуцкий поднял проблемный вопрос деятельности микрофинансовых организаций. Депутат заявил о необходимости изменить требования к их ...
Пользователи X раскритиковали президента Польши за желание сберечь американских солдат После заявления президента Польши Анджея Дуды о необходимости прекратить действия России для защиты американских солдат от возможной гибели, пользова...
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...
Джолион Палмер считает суровым штраф Алонсо: «Между Фернандо и Расселлом было достаточно места. Мы открываем ящик Пандоры» Гонщик «Астон Мартин» Фернандо Алонсо получил 20-секундный штраф за «потенциально опасный пилотаж» на Гран-при Австралии. Испанец существенно раньше ...
Интер Майами – Нью-Йорк Сити прогноз на матч МЛС 31.03.2024, регулярный сезон В матче регулярного сезона МЛС «Интер Майами» и «Нью-Йорк Сити» проведут очередную встречу. Игра состоится на стадионе «Интер Майами» в городе Форт-Л...
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...
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...
Новые откровенные фото Селены Гомес спровоцировали слухи о её нестабильном психическом состоянии Пару дней назад Селена Гомес в своём инстаграме* опубликовала, а затем сразу удалила откровенные фотографии. На кадрах актриса позировала в нижнем бе...
«Почему он не в колонии?»: Известный адвокат возмущена «щадящим» условным сроком для Навального Лидеру ФБК в 2017 году продлили испытательный срок до 2020 года. Адвокат Сталина Гуревич вновь призывает МВД обратить пристальное внимание на персону...
Уже отпустили? Экс-глава Раменского района активничал в соцсети после ареста за якобы убийство любовницы Проверка на полиграфе косвенно подтвердила вину Андрея Кулакова, сообщают СМИ. После задержания экс-главы Раменского района, на странице подозреваемо...
Джолион Палмер считает суровым штраф Алонсо: «Между Фернандо и Расселлом было достаточно места. Мы открываем ящик Пандоры» Гонщик «Астон Мартин» Фернандо Алонсо получил 20-секундный штраф за «потенциально опасный пилотаж» на Гран-при Австралии. Испанец существенно раньше ...
Интер Майами – Нью-Йорк Сити прогноз на матч МЛС 31.03.2024, регулярный сезон В матче регулярного сезона МЛС «Интер Майами» и «Нью-Йорк Сити» проведут очередную встречу. Игра состоится на стадионе «Интер Майами» в городе Форт-Л...
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...
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 ...
Гаджеты недели 26 марта 2024 года Предлагаем вашему вниманию: робот-пылесос X1 Creatulize для уничтожения пылевых клещей; портативный сенсорный 27-дюймовый монитор LG StanbyMe; смартф...
АвтоСпецЦентр представила флагманский внедорожник EXEED VX в рамках открытия нового дилерского центра в Химках 14 марта состоялось официальное открытие нового дилерского центра EXEED АвтоСпецЦентр Химки. Для гостей была подготовлена увлекательная программа, в ...
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...
В Тверской области окажут поддержку лучшим сельским учреждениям культуры и их работникам 28 марта на заседании Правительства Тверской области, которое провёл Губернатор Игорь Руденя, выделены средства на поддержку сельских учреждений куль...