MIT проектирует эко-дружественные морские рифы для защиты побережий и морской жизни

Массачусетский технологический институт, Кембридж, штат Массачусетс

Команда MIT надеется укрепить побережья с "архитектурными" рифами — устойчивыми, морскими структурами, спроектированными для имитации волно-гасящих эффектов натуральных рифов, в то же время предоставляя карманы для рыб и другой морской жизни для проживания. (Изображение: По предоставить Майкла Триантафыллу, и др.)

Команда в MIT надеется укрепить побережья с "архитектурными" рифами — устойчивыми, морскими структурами, инженерированными для имитации волно-гасящих эффектов натуральных рифов, в то же время предоставляя карманы для рыб и другой морской жизни.

Дизайн рифа команды центрируется на цилиндрической структуре, окруженной четырьми рулево-подобными слатами. Инженеры нашли, что когда эта структура стоит против волны, она эффективно ломает волну на турбулентные струи, что в конечном счете диссипирует большую часть общей энергии волны. Команда рассчитала, что новый дизайн может снизить столько же волновой энергии, сколько существующие искусственные рифы, используя в 10 раз меньше материала.

Исследователи планируют изготовить каждую цилиндрическую структуру из устойчивого цемента, который они бы отливали в паттерне "вокселей", который мог бы быть автоматически собран, и который бы предоставлял карманы для рыб для исследования и другую морскую жизнь для обитания. Цилиндры могли бы быть соединены для формирования длинной, полупроницаемой стены, которую инженеры могли бы возвести вдоль побережья, примерно в полмиле от берега. Основанные на команде начальных экспериментах с лаб-масштабными прототипами, архитектурный риф мог бы снизить энергию входящих волн более чем на 95 процентов.

"Это было бы как длинный волнолом", — сказал профессор Майкл Триантафыллу. "Если волны шесть метров высотой идут к этой рифовой структуре, они в конечном счете будут менее метра высотой на другой стороне. Так что это убивает воздействие волн, которое могло бы предотвратить эрозию и наводнение."

Команда вместо этого искала способы инженерить искусственный риф, который бы эффективно диссипировал волновую энергию с меньшим материалом, в то же время предоставляя убежище для рыб, живущих вдоль любого уязвимого побережья.

"Помните, натуральные коралловые рифы находятся только в тропических водах", — сказал Триантафыллу. "Мы не можем иметь эти рифы, например, в Массачусетсе. Но архитектурные рифы не зависят от температуры, так что они могут быть размещены в любой воде, для защиты большего числа прибрежных зон."

Дизайн архитектурного рифа команды вырос из двух кажущихся не связанных проблем. Исследователи CBA разрабатывали ультралегкие клеточные структуры для авиакосмической промышленности, в то время как исследователи Sea Grant оценивали производительность предотвратителей выбросов в морских нефтяных структурах — цилиндрических клапанов, используемых для герметизации нефтяных и газовых скважин и предотвращения их утечек.

Тесты команды показали, что цилиндрическое расположение структуры генерировало большое количество лобового сопротивления. Другими словами, структура казалась особенно эффективной в диссипации высокосиловых потоков нефти и газа. Они спросили: Могло бы то же расположение диссипировать другой тип потока, в океанических волнах?

"Мы используем эту турбулентность и эти мощные струи для конечной диссипации волновой энергии", — сказал соавтор Хосе дель Ауила Феррандис.

Как только исследователи идентифицировали оптимальную волногасящую структуру, они изготовили лабораторно-масштабную версию архитектурного рифа, сделанную из серии цилиндрических структур, которые они 3D-печатали из пластика. Каждый тестовый цилиндр измерял около фута в ширину и четыре фута в высоту. Они собрали количество цилиндров, каждый распределенный около фута в стороне, для формирования забороподобной структуры, которую они затем опустили в волновой бассейн в MIT. Затем они генерировали волны различных высот и измеряли их до и после прохождения через архитектурный риф.

"Мы видели волны существенно снижаются, как риф уничтожал их энергию", — сказал Триантафыллу.

Команда также посмотрела на то, как сделать структуры более пористыми и дружественными к рыбам. Они нашли, что вместо изготовления каждой структуры из сплошной пластины пластика, они могли бы использовать более доступный и устойчивый тип цемента.

Для получения дополнительной информации, свяжитесь с Эбби Абазориус по адресу This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.; 617-253-2709.