ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับปลวก

งานวิจัยที่นำโดย Chiara Daraio, G. Bradford Jones ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลและฟิสิกส์ประยุกต์และสถาบันวิจัยทางการแพทย์มรดกได้รับการตีพิมพ์ในวารสารScienceเมื่อวันที่ 26 สิงหาคม “ปลวกมีความยาวเพียงไม่กี่มิลลิเมตร แต่รังของพวกมันสามารถยืนได้สูงถึง 4 เมตร ซึ่งเทียบเท่ากับที่มนุษย์สร้างบ้านด้วยความสูงของภูเขาวิทนีย์ในแคลิฟอร์เนีย” ดาไรโอกล่าว หากคุณมองเข้าไปในรังปลวก คุณจะเห็นเครือข่ายของโครงสร้างที่ไม่สมมาตรและเชื่อมต่อถึงกัน เช่น ภายในของก้อนขนมปังหรือฟองน้ำ ทำจากเม็ดทราย ฝุ่น สิ่งสกปรก น้ำลาย และมูลสัตว์ โครงสร้างที่ยุ่งเหยิงและผิดปกตินี้ดูเหมือนไม่มีกฎเกณฑ์ แต่รังปลวกได้รับการปรับให้เหมาะสมเป็นพิเศษเพื่อความมั่นคงและการระบายอากาศ "เราคิดว่าการทำความเข้าใจว่าปลวกมีส่วนช่วยในการสร้างรังอย่างไร เราสามารถกำหนดกฎง่ายๆ สำหรับการออกแบบวัสดุเชิงสถาปัตยกรรมที่มีคุณสมบัติเชิงกลเฉพาะตัวได้" Daraio กล่าว วัสดุทางสถาปัตยกรรมมีลักษณะเหมือนโฟมหรือของแข็งที่ประกอบกันเป็นส่วนประกอบซึ่งประกอบขึ้นเป็นโครงสร้าง 3 มิติ ตั้งแต่ขนาดนาโนถึงไมโครเมตร จนถึงจุดนี้ สาขาของวัสดุทางสถาปัตยกรรมได้เน้นไปที่สถาปัตยกรรมเป็นระยะๆ เป็นหลัก สถาปัตยกรรมดังกล่าวประกอบด้วยเซลล์หน่วยรูปทรงเรขาคณิตที่เหมือนกัน เช่น ทรงแปดหน้าหรือลูกบาศก์ จากนั้นเซลล์หน่วยเหล่านั้นจะถูกทำซ้ำเพื่อสร้างโครงสร้างแลตทิซ อย่างไรก็ตาม การเน้นที่โครงสร้างตามคำสั่งได้จำกัดฟังก์ชันการทำงานและการใช้วัสดุทางสถาปัตยกรรม Daraio กล่าวว่า "สถาปัตยกรรมแบบคาบเวลานั้นสะดวกสำหรับวิศวกรอย่างเราๆ เพราะเราสามารถตั้งสมมติฐานในการวิเคราะห์คุณสมบัติของมันได้ อย่างไรก็ตาม หากเราคิดเกี่ยวกับการใช้งาน มันก็ไม่จำเป็นต้องเป็นตัวเลือกการออกแบบที่เหมาะสมที่สุด" Daraio กล่าว โครงสร้างที่ไม่เป็นระเบียบ เช่น รังของ ตัวปลวก มีอยู่ทั่วไปในธรรมชาติมากกว่าโครงสร้างแบบคาบ และมักจะแสดงฟังก์ชันการทำงานที่เหนือกว่า แต่จนถึงขณะนี้ วิศวกรก็ยังหาวิธีที่เชื่อถือได้ในการออกแบบพวกมันไม่ได้ "วิธีแรกที่เราจัดการกับปัญหาคือการคิดถึงทรัพยากรจำนวนจำกัดของปลวก" Daraio กล่าว เมื่อมันสร้างรัง ปลวกไม่มีพิมพ์เขียวของการออกแบบรังโดยรวม สามารถตัดสินใจได้ตามกฎท้องถิ่นเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ปลวกอาจใช้เม็ดทรายที่พบใกล้รังของมันและประกอบเข้าด้วยกันตามขั้นตอนที่ได้เรียนรู้จากปลวกตัวอื่น เม็ดทรายกลมอาจพอดีกับรูปพระจันทร์ครึ่งเสี้ยวเพื่อเพิ่มความมั่นคง กฎพื้นฐานของคำคุณศัพท์สามารถใช้อธิบายวิธีการสร้างรังปลวกได้ "เราสร้างโปรแกรมเชิงตัวเลขสำหรับการออกแบบวัสดุด้วยกฎที่คล้ายกัน ซึ่งกำหนดว่าบล็อกวัสดุที่แตกต่างกัน 2 บล็อกสามารถติดกันได้อย่างไร" เธอกล่าว อัลกอริธึมนี้ซึ่ง Daraio และทีมเรียกว่า "โปรแกรมการเจริญเติบโตเสมือนจริง" จำลองการเจริญเติบโตตามธรรมชาติของโครงสร้างทางชีววิทยา หรือการสร้างรังของปลวก แทนที่จะใช้เม็ดทรายหรือฝุ่นผง โปรแกรมการเติบโตแบบเสมือนจริงจะใช้รูปทรงเรขาคณิตของวัสดุหรือบล็อคตัวต่อที่ไม่เหมือนใคร รวมถึงแนวทางที่ติดกันสำหรับวิธีที่บล็อคส่วนประกอบเหล่านั้นสามารถติดกันได้ บล็อกเสมือนจริงที่ใช้ในงานเริ่มต้นนี้ ได้แก่ รูปทรงตัว L รูปทรงตัว I รูปทรงตัว T และรูปทรง + นอกจากนี้ ความพร้อมใช้งานของแต่ละบล็อคส่วนประกอบจะได้รับขีดจำกัดที่กำหนดไว้ ขนานกับทรัพยากรที่มีอยู่อย่างจำกัดที่ปลวกอาจพบในธรรมชาติ เมื่อใช้ข้อจำกัดเหล่านี้ โปรแกรมจะสร้างสถาปัตยกรรมบนกริด จากนั้นสามารถแปลสถาปัตยกรรมเหล่านั้นเป็นแบบจำลองทางกายภาพ 2 มิติหรือ 3 มิติได้