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.
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...
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...
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...
Цены на нефть растут на фоне падения запасов нефти в долларах и США Нефть выросла в среду на фоне ослабления доллара, сокращения запасов сырой нефти в США и того, что Великобритания одобрила еще одну вакцину от корона...
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...
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...
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...
Врач Шветский о суде с Зеппельтом: «Я буду готов предоставить достаточное количество доказательств для защиты себя, российского спорта, государства» Шветский работал со сборной России на Олимпиаде-2022 в Пекине, когда стало известно о допинге у фигуристки Камилы Валиевой. После этого немецкий журн...
В России может появиться наказание за «скручивание пробега» Покупая автомобиль с пробегом, новоиспеченные автовладельцы часто оказываются обманутыми, а машина полна неприятных сюрпризов. Одним из основных крит...
Наблюдая солнечное затмение, американцы рискуют ослепнуть Солнечные затмения всегда привлекали людей возможностью увидеть то, что случится снова только через годы или даже десятилетия. С затмениями Солнца св...
DOOGEE представила новые флагманы Технологические новинки из Поднебесной. Китайские разработчики представили на российском рынке потрясающие смартфоны: стильную премиум-модель 4 в одн...
Хитрость, которую должен знать каждый пользователь Snapchat Если вы пользователь Snapchat, который когда-либо имел несчастье использовать приложение на телефоне Android, то вы наверняка уже в курсе, как хорошо...
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 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...
Врач Шветский о суде с Зеппельтом: «Я буду готов предоставить достаточное количество доказательств для защиты себя, российского спорта, государства» Шветский работал со сборной России на Олимпиаде-2022 в Пекине, когда стало известно о допинге у фигуристки Камилы Валиевой. После этого немецкий журн...
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...
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...
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...
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...
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...
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....
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...
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...
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...
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...