MIT、海岸と海洋生物を保護するために環境に優しい沖合サンゴ礁を設計

マサチューセッツ工科大学、マサチューセッツ州ケンブリッジ

MITチームは、「建築された」サンゴ礁で海岸線を強化したいと考えている。これは、自然のサンゴ礁の波の緩衝効果を模倣するように設計された持続可能な海洋構造物であり、同時に魚やその他の海洋生物が生息できるポケットを提供するものである。 (画像:Michael Triantafyllou ら提供)

MIT のチームは、「建築された」サンゴ礁で海岸線を強化したいと考えています。これは、自然のサンゴ礁の波の緩衝効果を模倣するように設計された持続可能な海洋構造物であり、同時に魚やその他の海洋生物の生息地を提供するものです。

チームのサンゴ礁のデザインは、4 つの舵のようなスラットに囲まれた円筒形の構造を中心にしています。エンジニアらは、この構造が波に立ち向かうと、波を効果的に乱流ジェットに分割し、最終的には波の総エネルギーのほとんどを消散させることを発見しました。チームは、新しい設計により、使用する材料が 10 分の 1 になり、既存の人工サンゴ礁と同じくらい波のエネルギーを削減できると計算しました。

研究者らは、各円筒形の構造を持続可能なセメントで製造する計画を立てており、自動的に組み立てられる「ボクセル」のパターンに成形し、魚が探索したり他の海洋生物が住み着くためのポケットを提供したりする予定だ。円筒を接続して長い半透性の壁を形成し、技術者らは海岸から約800メートルの海岸線に沿って壁を建てることができる。研究室規模のプロトタイプを使用したチームの最初の実験に基づくと、この設計されたサンゴ礁は、到来する波のエネルギーを 95 パーセント以上削減できる可能性がありました。

「これは長い波の砕波のようなものでしょう」とマイケル・トリアンタフィロウ教授は言う。 「このサンゴ礁構造に向かって高さ 6 メートルの波が到来した場合、反対側では最終的に波の高さは 1 メートル未満になります。したがって、これにより波の衝撃がなくなり、侵食や洪水を防ぐことができます。」

代わりにチームは、より少ない材料で効率的に波のエネルギーを消散し、同時に脆弱な海岸沿いに生息する魚の避難場所となる人工サンゴ礁を設計する方法を模索しました。

「天然のサンゴ礁は熱帯海域でのみ見られるということを忘れないでください」とトリアンフィロウ氏は言う。 「たとえば、マサチューセッツ州にはこのようなサンゴ礁を持つことはできません。しかし、人工的に造られたサンゴ礁は温度に依存しないため、どのような水域にも設置でき、より多くの沿岸地域を保護することができます。」

チームが設計したサンゴ礁の設計は、一見無関係に見える 2 つの問題から生まれました。 CBA の研究者は、航空宇宙産業向けの超軽量セル構造を開発し、一方、シー グラントの研究者は、海洋石油構造物における噴出防止装置、つまり油井やガス井を密閉して漏れを防ぐために使用される円筒形バルブの性能を評価していました。

チームのテストでは、この構造の円筒状の配置により大量の抗力が発生することがわかりました。言い換えれば、この構造は、石油とガスの強力な流れを分散させるのに特に効率的であると考えられる。彼らは疑問に思いました。同じ配置によって、海の波のような別のタイプの流れが消散する可能性はあるでしょうか?

「私たちはこの乱気流と強力なジェットを利用して、最終的に波のエネルギーを消散させようとしています」と共著者のホセ・デル・アウイラ・フェランディス氏は述べています。

研究者らは最適な消波構造を特定すると、一連の円筒構造をプラスチックから 3D プリントして作られた、実験室規模の人工礁を製作した。各テストシリンダーの寸法は幅約 1 フィート、高さ約 4 フィートでした。彼らは、それぞれ約 1 フィートの間隔をあけて多数の円柱を組み立ててフェンスのような構造物を形成し、それを MIT の波動水槽に降ろしました。次に、さまざまな高さの波を生成し、人工のサンゴ礁を通過する前後で波を測定しました。

「サンゴ礁が波のエネルギーを破壊したため、波が大幅に減少するのがわかりました」とトリアンタフィロウ氏は言いました。

チームはまた、構造をより多孔質にして魚に優しいものにすることも検討しました。彼らは、各構造物をプラスチックの固体のスラブから作るのではなく、より手頃な価格で持続可能なタイプのセメントを使用できることを発見しました。

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