Cảm hứng thiết kế nhà chịu động đất từ vỏ dừa

Dừa nổi tiếng trong thế giới thực vật vì lớp vỏ cứng và vỏ của chúng có vai trò quan trọng đảm bảo phôi nảy mầm thành công. Dựa vào cấu trúc đặc biệt của “bức tường” vỏ dừa, các nhà nghiên cứu và các kiến trúc sư đã thiết kế thành công những tòa nhà có thể chịu được động đất và các thảm họa thiên nhiên khác.

Tác giả: PLANT BIOMECHANICS GROUP FREIBURG

Cây dừa trưởng thành có thể cao đến 30m, như vậy, khi quả già và rơi xuống mặt đất, vỏ của chúng phải chịu được một tác động rất lớn để tránh bị nứt vỡ. Để bảo vệ được phôi, dừa cấu tạo thành ba lớp: Vỏ ngoài cứng khi già có màu nâu, vỏ giữa (là lớp xơ dừa) và gáo dừa cứng chứa các chất dinh dưỡng (nước và cơm dừa) cho mầm phát triển.

Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học đã sử dụng một máy nén và thử va chạm bằng búa kiểu con lắc để nghiên cứu phương thức phân tán năng lượng của quả dừa. “Bằng cách phân tích các nứt gãy của mẫu và kiến thức về giải phẫu học của vỏ thu được từ kính hiển vi và chụp cắt lớp điện toán, chúng tôi có thể xác định được mối liên quan giữa cấu trúc vỏ dừa và sự hấp thụ năng lượng của chúng”, Tiến sỹ Stefanie Schmier, một nhà cơ- sinh học thực vật nói.

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, vỏ dừa bao gồm 30% là xơ dừa (các tế bào hóa gỗ) và 70% là bụi xơ dừa. Bụi xơ dừa có khả năng giữ ẩm cao, từ 400 - 600%  so với thể tích của chúng. Khi quả già, độ ẩm ở lớp vỏ mất đi, vỏ dừa trở thành một “tấm đệm” vững chắc bảo vệ phôi bên trong. Các tế bào hóa gỗ sắp xếp thành một hệ thống mạch đặc biệt theo kiểu hình thang, nối với nhau bởi các vòng cầu song song. Chính cấu trúc đặc biệt này đã giúp chúng vừa có thể chịu được lực uốn vừa có thể phân tán được lực mạnh tác động vào. Khi có lực tác động vào một vị trí trên quả dừa, cấu trúc đặc biệt của vỏ sẽ giúp chúng “đánh lạc hướng” quỹ đạo của lực tác động, lực bị phân tán ra, yếu đi và có thể dừng lại trước khi sang vị trí đối diện gây ra vết nứt.

Bên trong vỏ dừa, các tế bào hóa gỗ sắp xếp theo kiểu bậc thang riêng biệt, nối với nhau tạo thành các “ống”. Góc của các “ống” này sẽ giúp vỏ phân tán lực tác động vào. Tác giả: PLANT BIOMECHANICS GROUP FREIBURG

Việc bố trí các bó xơ trong vỏ dừa có thể được ứng dụng vào việc bố trí các sợi đặc biệt dùng trong bê tông, giúp tăng độ bền đứt gãy của bê tông. “Sự kết hợp của cơ cấu trọng lực nhẹ với việc làm tiêu tán lực tác động vào là yếu tố quan trọng trong việc bảo vệ các tòa nhà khi xảy ra động đất hay những thảm họa thiên nhiên khác”, Stefanie nói.

Kết quả nghiên cứu là một phần của dự án “Thiết kế sinh học và cấu trúc tích hợp” do các nhà nghiên cứu tại Bộ môn cơ – sinh học thực vật (Plant biomechanics) của Đại học Feiburg, kết hợp với các kỹ sư xây dựng và các nhà khoa học vật liệu thực hiện.

Tài liệu tham khảo:

1. "Coconuts could inspire new designs for earth-quake proof buildings", eurekalert, 5 July, 2016.

2. Sarah Griffiths, "Could coconuts prevent earthquake deaths? Structure of fruit's walls may inspire new shake-proof buildings", dailymail, 5 July, 2016.
 

Lược dịch và tổng hợp Nguyễn Thị Hoài