Thiết kế mới cho các tòa nhà chống động đất từ… quả dừa

Những cây dừa có thể phát triển cao 30 m, có nghĩa là khi quả chín rơi xuống mặt đất, vỏ dừa chịu được tác động va đập, ngăn cho chúng không bị tách ra. Để bảo vệ các hạt bên trong, dừa có một cấu trúc phức tạp gồm ba lớp: lớp vỏ màu nâu bên ngoài cùng dai như da, lớp xơ ở giữa và vỏ quả bên trong cùng bao quanh phần thịt quả màu trắng có chứa mầm cây con đang phát triển. Là một phần của dự án lớn về "Thiết kế sinh học và các cấu trúc tích hợp", các nhà nghiên cứu trong Nhóm Plant Biomechanics thuộc Đại học Freiburg cùng với các kỹ sư và các nhà khoa học vật liệu đang nghiên cứu để tìm ra cấu trúc đặc biệt của quả dừa để ứng dụng vào lĩnh vực kiến trúc.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các máy nén và một con lắc tác động để nghiên cứu dừa phân tán năng lượng như thế nào. Stefanie Schmier, nhà cơ chế sinh học thực vật cho biết: "Bằng việc phân tích vết nứt của mẫu, kết hợp với kiến thức về giải phẫu học lớp vỏ thu được từ kính hiển vi và chụp cắt lớp bằng máy tính, chúng tôi đặt mục tiêu xác định cấu trúc liên quan về mặt cơ chế đối với quá trình hấp thụ năng lượng".

Những điều tra của họ đã phát hiện ra rằng, bên trong lớp vỏ quả - chủ yếu gồm các thạch bào mềm - các mạch tạo nên hệ mạch có thiết kế khác biệt, giống như bậc thang, có khả năng chịu được lực uốn. Mỗi tế bào được bao bọc bởi nhiều vòng mềm, được nối với nhau bởi liên kết song song. Stefanie cho biết: "Những lớp vỏ quả dường như đã phân tán năng lượng thông qua võng nứt". "Điều này có nghĩa bất kỳ vết nứt mới nào phát triển đều được tạo ra bởi các tác động không trực tiếp qua lớp vỏ cứng". Người ta cho rằng, góc của bó mạch giúp "đánh lạc hướng" quỹ đạo của các vết nứt. Vết nứt dài hơn chạy bên trong lớp vỏ quả, nhiều khả năng sẽ dừng lại trước khi sang mặt bên kia.

Góc bó mạch khác nhau trong lớp vỏ có thể được ứng dụng vào quá trình sắp xếp sợi dệt bên trong lớp bê tông phân loại về mặt chức năng cho phép độ võng nứt. Stefanie cho rằng: "Sự kết hợp này trong xây dựng cấu trúc trọng lượng nhẹ với công suất tiêu hao năng lượng cao đang ngày càng được quan tâm nhằm bảo vệ các tòa nhà chịu được động đất, đá rơi và các thảm họa tự nhiên hoặc nhân tạo khác".
Kết quả nghiên cứu này được trình bày tại Hội nghị thường niên năm 2016 của Hiệp hội Sinh học thực nghiệm, ở Brighton ngày 06 Tháng Bảy 2016.

Minh Trang (Theo techxplore)