Et tværfagligt samarbejde mellem forskere på DTU Mekanik og University of Oxford er i færd med at undersøge om man kan bruge de mekaniske egenskaber fra Nephila edderkoppens spind til at udvikle lettere konstruktioner i bygninger. Det er Torben Lenau fra DTU Mekanik og Thomas Hesselberg som er engageret i ideudviklingen.
Thomas Hesselberg er biolog og fra University of Oxford hvor han er medlem af ”The Oxford Silk Group”, en gruppe forskere som undersøger silkens forskellige egenskaber. Han forsker i de mekaniske egenskaber ved Nephila edderkoppens spind, et edderkoppespind som netop er kendt for at være så stærkt at det f.eks. kan bremse en mindre fugl i flugten. Nephila edderkoppen, som også kaldes ”den gyldne hjulspinder” på grund af spindets gyldne farve, er en art fra troperne hvis spind er konstrueret på en måde som gør det særlig stærkt.
Et edderkoppespind med unikke mekaniske egenskaber
Edderkoppespind er en konstruktion i naturen som kan håndtere ekstraordinære belastninger. Når Nephila edderkoppens spind er så stærkt, så skyldes det en opbygning hvor konstruktionen er forstærket af den ikke-klæbende spiral, en ”hjælpekonstruktion” som andre edderkopper ellers fjerner når de bygger deres spind. At beholde den ikke-klæbende tråd i spindet giver ganske vist et par ulemper som det at der bliver ”huller” i spindet hvor der ikke er klæbende tråd som byttedyrene kan hænge fast i, og at den ikke-klæbende spiral hæmmer radiustrådenes signalfunktionen. Fordelene ved den ikke-klæbende spiral er den øgede, mekaniske støtte af hele spindet og så at spindet generelt bliver mere modstandsdygtigt overfor vindpåvirkning.
Thomas Hesselberg har testet de mekaniske egenskaber ved Nephila edderkoppens spind i en vindtunnel med en vindhastighed på op til 7,7 m/sek. Som kontrol blev den ikke-klæbende spiral fjernet, og på den måde blev det påvist at den har en forstærkende effekt på spindet. Thomas Hesselberg benytter også numeriske modellering hvis resultater støtter den mekaniske test.
Det er den ikke-klæbende spiral i Nephila edderkoppens
spind som har en særligt forstærkende effekt på hele spindet.
Den ikke-klæbende spiral er markeret med gult, den
klæbende spiral er markeret med blåt og markeringen med
rødt viser den særlige tråd, der danner rammen.
Fra edderkoppespind til bygninger
Det er netop de egenskaber, som Thomas Hesselbergs forskning har afdækket ved Nephila edderkoppens spind, der har bragt Torben Lenau fra Konstruktion og Produktudvikling på DTU Mekanik på sporet af nye muligheder for bygningskonstruktioner. Hvor Thomas Hesselbergs forskning er biologisk grundforskning, så er Torben Lenau fokuseret på at anvende naturens fænomener som konkret problemløsning i forhold til at udvikle nye produkter eller løse eksisterende problemer.
I første omgang undersøgte Torben Lenau markedet i forhold til produkter, hvor man kunne have glæde af at overføre de gode mekaniske egenskaber ved Nephila edderkoppens spind til andre sammenhænge. Ideer som at arbejde med net eller forbedre Roskildefestivallens telte blev hurtigt kasseret, det første fordi det er et lille industriområde, det andet fordi teltene allerede er gode, velfungerende letvægtskonstruktioner.
Til gengæld viste det sig, at der var et behov for at forbedre bygningskonstruktioner og Torben Lenau har nu et samarbejde med en virksomhed om at udvikle en ny type ovenlysvinduer hvor man anvender de mekaniske egenskaber som Thomas Hesselberg har fundet frem til i sine undersøgelser.
På DTU Mekanik arbejder flere forskere med biomimetiske projekter, hvor man forsøger at løse designmæssige udfordringer ved at se på, hvordan problemet er løst i naturen, blandt andet Seunghwan Lee hos Materiale- og Overfladeteknologi.
Torben Lenau og Thomas Hesselberg er forfattere til kapitlet ”Biomimetic
Self-Organization and Self-Healing” i Engineered Biomimicry som er
publiceret i juni 2013. Billerne har Torben Lenau brugt som udgangspunkt for
sit arbejde med struktur farve i en anden sammenhæng.
Nephila edderkoppen kaldes populært for den gyldne hjulspinder på grund af
spindets gyldne farve. Foto: Bronwyn Silver, læs mere på hendes blog om
Walmer South Conservation Reserve i Australien.