Кокосовые пальмы могут вырастать до 30 м в высоту, а это означает, что когда спелые плоды падают на землю, их стенки должны выдерживать удар, чтобы они не раскололись. Чтобы защитить внутреннее семя, кокосовый орех имеет сложную структуру из трех слоев: внешний коричневый кожистый экзокарпий, волокнистый мезокарпий и жесткий внутренний эндокарпий, окружающий мякоть, в которой находится развивающийся проросток.
В рамках более крупного проекта «Биологический дизайн и интегративные структуры» исследователи из группы биомеханики растений Университета Фрайбурга работали с инженерами-строителями и учеными-материаловедами, чтобы исследовать, как эту специализированную структуру можно применить в архитектуре.Исследователи использовали компрессионные машины и ударный маятник, чтобы исследовать, как кокосы рассеивают энергию. «Анализируя поведение образцов при разрушении и сочетая это со знаниями об анатомии скорлупы, полученными с помощью микроскопии и компьютерной томографии, мы стремились идентифицировать механически значимые структуры для поглощения энергии», — говорит биомеханик растений Стефани Шмир.Их исследования показали, что в слое эндокарпа, который состоит в основном из сильно одревесневших каменных клеток, сосуды, составляющие сосудистую систему, имеют отчетливую лестничную конструкцию, которая, как считается, помогает противостоять изгибающим силам. Каждая клетка окружена несколькими одревесневшими кольцами, соединенными параллельными мостиками. «Кажется, что эндокарпий рассеивает энергию за счет отклонения трещины», — говорит Стефани. «Это означает, что любые вновь образовавшиеся трещины, образовавшиеся в результате удара, не проходят напрямую через твердую оболочку».
Считается, что угол расположения сосудистых пучков помогает «отклонить» траекторию трещин. Чем дольше трещина должна пройти внутри эндокарпа, тем больше вероятность того, что она остановится, прежде чем достигнет другой стороны.
Четкий угол сосудистых пучков в эндокарпе может быть применен к расположению текстильных волокон в функционально структурированном бетоне, чтобы обеспечить отклонение трещин. «Эта комбинация легкой конструкции с высокой способностью рассеивать энергию вызывает все больший интерес для защиты зданий от землетрясений, камнепадов и других природных или техногенных опасностей», — говорит Стефани.