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为什么白蚁土墩是建筑和自然工程的奇迹
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为什么白蚁土墩是建筑和自然工程的奇迹

白蚁土墩。照片:David Davies / Wikimedia Commons,CC By-SA

昆虫世界的许多建筑师,白蚁无疑是统治君主。这里的泥土土堆,这些小昆虫构建土壤,水和自己的口水出来,如复杂的,如果不是更复杂的,不是人为的城堡。神秘的结构具有引起生物学家的兴趣,灵感架构师,甚至着迷机器人专家到学习和模仿他们。

然而,尽管他们在学术界的名声,相对很少人知道白蚁丘的建筑施工。涉及中心生态科学和土木工程在科学的印度理工学院部(IISC),班加罗尔,一个跨学科项目最近才发现的细节土墩的力量和稳定性, 他们的耐候性, 和什么建筑材料白蚁喜欢使用在他们的土墩。

这些最近的研究的主题是白蚁构成的土墩Odontotermes Obesus.成立在印度。这些白蚁建巢的地下,不仅容纳其庞大的千百万工人,士兵和幼虫的殖民地,与国王和王后一起,也是殖民地的真菌花园

保持巢内相当恒定的温度和高湿度水平对于真菌的适当生长至关重要,这是这些白蚁吃的唯一食物。为确保真菌的理想生活条件,以及巢内的足够通风,O. Obesus.构建丘它们的巢穴上方。

白蚁土墩。代表性图像。照片由Dinesh Valke / Wikimedia Commons。
白蚁土墩。照片:Dinesh Valke / Wikimedia Commons。

这些土墩,而这往往是高达身高6尺,是令人难以置信的强大和持久的结构。尽管其强度和稳定性,土堆也足够多孔通风白蚁地下巢穴不影响鸟巢的温度和湿度水平。

白蚁土墩的活检

研究人员揭开白蚁的建筑秘密用石膏填充白蚁土墩用丙烷将它们泵送在用激光器扫描它们之前, 乃至用来将它们切成了部分

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“以前,当人们想学习白蚁土墩的核心时,他们只是通过土墩削减并摧毁它只是为了获得样本而摧毁,”尼基塔·扎卡里亚,他作为IISC的博士学生调查了白蚁的建筑物业土墩。Zachariah认为这对被遗弃的土堆造成了很好的含量,但荒然摧毁任何占用的巢穴。“我设计并建造了自己的钻孔机,以便我们可以在不破坏它们的情况下获得土墩墙的样品,”她自豪地说。

撒迦利亚的钻让她废弃和占用的土墩的不同部分获得白蚁丘墙的小样本。然后将这些样品放置在微通用测试机器,它类似于a胡桃夹有螺旋机构。通过逐渐增加样品上的压力直到它破裂,计算不同的白蚁壁的强度。

结果表明,该土墩芯壁比土墩强35-40%周壁。此外,CT扫描和透气性实验显示,该土墩周壁是比芯更加多孔的。

这些实验中,这些实验表明,白蚁土墩是用多孔壳包围的致密,强芯的双层构建体。

“白蚁怎么能实现两个相互矛盾的目标的难题 - 一个,以实现足够的密度来赋予强度土堆,和两个,以达到足够的孔隙度通风土堆 - 已解决。通过建立双层结构,白蚁得到两全其美的,”撒迦利亚说。

白蚁土墩有多稳定?

“我们知道白蚁土墩很强大,但机械安全是如何的土墩结构?白蚁土墩有多大可能在自己的重量下崩溃?“是Tejas Murthy问的问题。Murthy是ISC土木工程系的这个项目的合作者。

利用Murthy实验室中的一名学生的Mound样本中获得的强度和密度测量,穆斯拉辛格进行了稳定性分析。Singh模仿土墩,作为这些分析的三角形或梯形。“这两个几何形状是最终的丘陵形状可以的极端情况;实际上,土墩的形状在两者之间,“他说。

稳定性分析揭示了白蚁土墩非常稳定,安全因子大约100的三角形形状和梯形形状的50。

“通常情况下,人类建筑都建有安全系数1和2,或可能3之间。这意味着,这样的建筑物将承受压力1至2或3倍的自重稳定;他们能够承受这样的压力而不会坍塌,”墨菲说。“如果一个人的建设是有相似的白蚁巢穴的安全系数,我会打电话过来工程!但我们的分析只考虑重力的影响,并且有可能是这些土堆的安全系数高,可能需要承受自然干扰,我们一无所知,”他补充说。

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在白蚁丘的“砖头”

大多数白蚁土墩都很努力,只有钻孔或锤子挥动有很大的力量可以打破它们。一些白蚁土墩是如此耐风化他们可以在数百甚至数千年的完好中存活

当您认为这种强度和耐候性来自刚刚土壤,水和白蚁唾液的生物密封,这些事实甚至更令人惊讶!

当白蚁构建或修理他们的土墩时,它们会产生他们的生物育,作为名为“推注”的球形砖。

“丸决策行为似乎在白蚁被硬连线。即使你在一个培养皿一些滤纸和水离开白蚁,他们将药丸,并在盘的边缘存入他们,”蕾妮博尔赫斯,撒迦利亚的导师,并在该中心的生态科学,IISC教授说。“白蚁可以推注出几乎任何材料 - 土,琼脂,玻璃珠,纸,甚至金属粉末!”她补充道。

但是,当给予一系列物质时,这些昆虫建筑师对他们用来制造钢管的东西非常挑剔,更喜欢含有有机物质的建筑材料,并且是颗粒状,粗糙和可湿性的。换句话说,他们最喜欢的建筑材料通常只是土壤。

来自法国SorbonneUniversités的生态和环境科学研究所的土壤生态学家Pascal jouquet描述了建筑材料作为非常小说的选择实验。“Termite ecology and behaviour are often considered from a biological point of view, (for example, looking at the interactions between individuals or the role of pheromones) but rarely take into account the interactions between their [termites’] building strategies and the physical properties of the material they use to build their nest/construction,” he said.

在赞扬这项工作的多学科方法的同时,吉齿补充说:“我的一个批评也许是,所有这些实验都是在受控实验室条件下进行的,或者在IISC校园内的白蚁土墩上进行。遗憾的是,不考虑自然复杂性(如不同的土壤类型)。“

生物育的力量:它只是土壤和水还是白蚁粉末?

白蚁的生物派系是由唾液强化土壤和水的几乎半液体混合物(具有土壤:大约70:30的水比),这是足够塑料的塑料。

白蚁觅食网站。照片:Wikimedia Commons,CC By-SA

“在我们的一些实验中,在这里我们给白蚁的玻璃珠作为建筑材料,即举行的联珠是白蚁唾液中只有胶水,”撒迦利亚说。这个观察了约白蚁唾液中biocement作用撒迦利亚,博尔赫斯和穆尔蒂思考。是唾液“白蚁fevicol”是结合土壤颗粒粘结在一起,还是它有一些其他的功能?

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为了测试他们的假设,Zachariah在实验室中没有白蚁的唾液将白蚁的土壤 - 水混合物重现,将其干燥以形成块,并测试块的强度。

对研究人员的惊喜,实验室制造的块作为白蚁壁样样品具有强大的坚强!

事实证明,随着土壤 - 水混合物(在白蚁使用的比率)干燥,土壤颗粒开始在其自身的重量下沉降。随着土壤颗粒沉降,较小的尺寸颗粒填充较大颗粒之间的空间以形成密集的填充鎓块。随着土壤颗粒之间的水干燥和称为“土壤吸力”的粘性力,巩固变得更强烈,直到该结构变得像蚁壁壁的墙壁一样强。

“这是一个激动人心的时刻对于我们来说,找出白蚁可能使这种坚固的结构只有土壤和水权比例,”撒迦利亚说。

涉及湿润和干燥的反复循环进一步的实验揭示为什么白蚁丘建设时要使用自己的口水。唾液似乎保护土墩的墙壁从风化和侵蚀。

“使用唾液等分泌物作为强度赋予胶结剂可以使用大量能量,特别是鉴于白蚁土墩的尺寸,”博尔斯和穆尔蒂说。“我们的作品表明,在施工时的土壤水分足以使干燥后的丘状强烈。他们补充说,这是一个真正有效的系统,“他们补充道。

这篇文章是最初发表蒙古亚

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