Nu onthult nieuw onderzoek nog een ander technisch hoogstandje van de structuur van dit eeuwenoude dier:zijn vermogen om voedsel te filteren met behulp van alleen de zwakke omgevingsstromingen van de diepten van de oceaan, zonder dat er gepompt hoeft te worden.

Deze ontdekking van natuurlijke ‘zero-energy’ stroomcontrole door een internationaal onderzoeksteam, mede geleid door de Universiteit van Rome Tor Vergata en de NYU Tandon School of Engineering, zou ingenieurs kunnen helpen efficiëntere chemische reactoren, luchtzuiveringssystemen, warmtewisselaars, hydraulische systemen, te ontwerpen. en aerodynamische oppervlakken.

In een onderzoek gepubliceerd in Physical Review Letters , ontdekte het team via computersimulaties met extreem hoge resolutie hoe de skeletstructuur van de Venus-bloemenmandspons (Euplectella aspergillum) zeer langzame diepzeestromingen omleidt naar de centrale lichaamsholte, zodat deze zich kan voeden met plankton en ander zeeafval. het filtert het water uit.

De spons trekt dit af via zijn spiraalvormige, geribbelde buitenoppervlak dat functioneert als een wenteltrap. Hierdoor kan hij passief water naar boven zuigen door zijn poreuze, roosterachtige frame, en dat allemaal zonder de energiebehoefte van het pompen.

"Ons onderzoek beslecht een debat dat de afgelopen jaren is ontstaan:de Venus-bloemenmandspons kan mogelijk passief voedingsstoffen opnemen, zonder enig actief pompmechanisme", zegt Maurizio Porfiri, professor aan het NYU Tandon Instituut en directeur van het Center for Urban Science. + Progress (CUSP), die het onderzoek mede leidde en mede begeleidde. "Het is een ongelooflijke aanpassing waardoor deze filterfeeder kan gedijen in stromingen die normaal gesproken ongeschikt zijn voor suspensievoeding."

Bij hogere stroomsnelheden helpt de roosterstructuur de weerstand voor het organisme te verminderen. Maar het is juist in de bijna stilte van de diepe oceaanbodems dat dit natuurlijke ventilatiesysteem het meest opmerkelijk is, en laat zien hoe goed de spons zich aan zijn barre omstandigheden aanpast. Uit het onderzoek bleek dat het vermogen van de spons om passief voedsel aan te zuigen alleen werkt bij de zeer lage stroomsnelheden (slechts centimeters per seconde) van zijn leefgebied.

"Vanuit technisch perspectief vertoont het skeletsysteem van de spons opmerkelijke aanpassingen aan zijn omgeving, niet alleen vanuit structureel oogpunt, maar ook wat betreft de vloeistofdynamische prestaties", zegt Giacomo Falcucci van de Tor Vergata Universiteit van Rome en Harvard. University, de eerste auteur van het artikel.

Samen met Porfiri leidde Falcucci het onderzoek, hield hij toezicht op het onderzoek en ontwierp hij de computersimulaties. "De spons heeft een elegante oplossing gevonden voor het maximaliseren van de toevoer van voedingsstoffen, terwijl deze volledig via passieve mechanismen werkt."

Onderzoekers gebruikten de krachtige Leonardo-supercomputer van CINECA, een supercomputercentrum in Italië, om een ​​zeer realistische 3D-replica van de spons te maken, met ongeveer 100 miljard individuele punten die de complexe spiraalvormige randstructuur van de spons nabootsen. Deze 'digitale tweeling' maakt experimenten mogelijk die onmogelijk zijn met levende sponzen, die niet kunnen overleven buiten hun diepzeeomgeving.

Het team voerde zeer gedetailleerde simulaties uit van de waterstroming rond en in het computermodel van het skelet van de Venus-bloemenmandspons. Met de enorme rekenkracht van Leonardo, die miljarden berekeningen per seconde mogelijk maakt, konden ze een breed scala aan waterstroomsnelheden en -omstandigheden simuleren.

De onderzoekers zeggen dat de biomimetische technische inzichten die ze hebben ontdekt, kunnen helpen bij het ontwerp van efficiëntere reactoren door de stromingspatronen binnen te optimaliseren en de weerstand naar buiten te minimaliseren. Soortgelijke geribbelde, poreuze oppervlakken zouden de luchtfiltratie- en ventilatiesystemen in wolkenkrabbers en andere constructies kunnen verbeteren. De asymmetrische, spiraalvormige randen kunnen zelfs inspiratie bieden voor rompen of rompen met een lage luchtweerstand die gestroomlijnd blijven en tegelijkertijd de luchtstromen in het interieur bevorderen.

Het onderzoek bouwt voort op het eerdere onderzoek van het team naar de Venus-bloemenmandspons, gepubliceerd in Nature in 2021, waarin het onthulde dat het een allereerste simulatie had gemaakt van de diepzeespons en hoe deze reageert op en de stroming van nabijgelegen water beïnvloedt.