تعاونت جامعة توهوكو مع جامعة ووهان للتكنولوجيا لتطوير هيكل شبكي خفيف الوزن مستوحى من أجنحة الفراشة، يمكنه تعزيز القوة الميكانيكية ومقاومة الصدمات وقدرة امتصاص الطاقة مع الحفاظ على انخفاض الوزن. وقد نُشرت الدراسة ذات الصلة في مجلة "International Journal of Mechanical Sciences". وأشار فريق البحث إلى أن هذا الهيكل الشبكي المستوحى من الفراشة لديه إمكانات مستقبلية للاستخدام في الطائرات والبنية التحتية المقاومة للزلازل وأنظمة الهندسة الوقائية.

استلهم الباحثون من الشكل الهندعي للأوردة في أجنحة الفراشة القادرة على تشتيت الإجهاد، لتصميم هيكل شبكي مكعب مركزي الجسم على شكل فراشة. مقارنة بمجرد تعديل مكونات المواد، يؤثر هذا الهيكل الشبكي المستوحى من الفراشة على الصلابة والقوة وأساليب التشوه وسلوك الفشل من خلال التحسين الطوبولوجي للهيكل، مما يعكس مرونة تصميم أعلى. أظهرت الاختبارات الميكانيكية والمحاكاة بالعناصر المحدودة أن هذا الهيكل يتمتع بأداء أفضل من التصاميم الشبكية التقليدية تحت أحمال الضغط شبه الساكنة والصدمات الديناميكية.

أظهرت نتائج الاختبار أن هذا الهيكل الشبكي المستوحى من الفراشة يتمتع بمعامل مرونة أعلى وإجهاد منصة وأداء امتصاص للطاقة. عند التعرض للصدمة، يعيد الهيكل توزيع الإجهاد على طول مسار تشوه على شكل X، مما يقلل من الانهيار الموضعي ويؤخر الفشل الكلي. قال تشين ييفينغ (إيريك جيانفينغ تشين) من جامعة توهوكو: "هذه الآلية الهيكلية ملفتة بشكل خاص لأن معظم مواد الهياكل الشبكية خفيفة الوزن تواجه صعوبة في تحمل قوى مثل الالتواء الموضعي أو الصدمات. في المقابل، يظهر تصميمنا مقاومة أقوى للأحمال الميكانيكية المفاجئة."

يعتقد فريق البحث أن هذا الهيكل الشبكي المستوحى من الفراشة يوفر أفكار تصميم جديدة للهياكل الوقائية خفيفة الوزن، والمواد الفائقة المقاومة للصدمات، والمكونات الميكانيكية الموجهة لقطاعي النقل والفضاء. وبالنظر إلى الاحتياجات المستمرة لليابان للصمود ضد الزلازل، فإن هذه الهياكل خفيفة الوزن والقادرة على امتصاص الطاقة تمتلك أيضًا إمكانات تطبيقية للاستخدام في أنظمة الهندسة الوقائية.