MIT, 해안과 해양 생물 보호를 위해 친환경 해양 암초 설계

매사추세츠 공과대학, 매사추세츠주 케임브리지

MIT 팀은 자연 산호초의 파도 완충 효과를 모방하면서 물고기와 기타 해양 생물이 살 수 있는 공간을 제공하도록 설계된 지속 가능한 해양 구조물인 "건축된" 산호초로 해안선을 강화하기를 희망하고 있습니다. (이미지:Michael Triantafyllou 외 제공)

MIT의 한 팀은 자연 산호초의 파도 완충 효과를 모방하는 동시에 물고기와 기타 해양 생물을 위한 공간을 제공하도록 설계된 지속 가능한 해양 구조물인 "건축된" 산호초로 해안선을 강화하기를 희망하고 있습니다.

팀의 암초 디자인은 방향타 모양의 판금 4개로 둘러싸인 원통형 구조에 중점을 두고 있습니다. 엔지니어들은 이 구조가 파도에 맞서 일어설 때 파도를 난류 제트로 효율적으로 분해하여 궁극적으로 파도의 전체 에너지 대부분을 소멸시키는 것을 발견했습니다. 팀은 새로운 디자인이 10배 적은 재료를 사용하여 기존 인공 암초만큼 파도 에너지를 줄일 수 있다고 계산했습니다.

연구원들은 지속 가능한 시멘트로 각각의 원통형 구조를 제작할 계획이며, 자동으로 조립될 수 있는 "복셀" 패턴으로 성형하고 물고기가 탐험하고 다른 해양 생물이 정착할 수 있는 주머니를 제공할 것입니다. 원통형은 엔지니어들이 해안에서 약 0.5마일 떨어진 해안선을 따라 세울 수 있는 긴 반투과성 벽을 형성하도록 연결될 수 있습니다. 실험실 규모의 프로토타입을 사용한 팀의 초기 실험을 바탕으로 설계된 암초는 들어오는 파도의 에너지를 95% 이상 줄일 수 있었습니다.

Michael Triantafyllou 교수는 “이것은 장파를 깨는 것과 같습니다.”라고 말했습니다. "이 암초 구조를 향해 다가오는 파도의 높이가 6미터라면 반대편의 높이는 결국 1미터 미만이 될 것입니다. 따라서 파도의 충격을 막아 침식과 홍수를 예방할 수 있습니다."

대신 팀은 더 적은 재료로 파도 에너지를 효율적으로 분산시키는 동시에 취약한 해안을 따라 서식하는 물고기에게 피난처를 제공하는 인공 암초를 설계하는 방법을 모색했습니다.

Triantafyllou는 “천연 산호초는 열대 바다에서만 발견된다는 점을 기억하세요.”라고 말했습니다. "예를 들어 매사추세츠에서는 이러한 산호초를 가질 수 없습니다. 그러나 인공 산호초는 온도에 의존하지 않으므로 더 많은 해안 지역을 보호하기 위해 어떤 물에도 배치할 수 있습니다."

팀이 설계한 리프 디자인은 겉보기에 관련이 없어 보이는 두 가지 문제에서 비롯되었습니다. CBA 연구원들은 항공우주 산업을 위한 초경량 셀 구조를 개발하고 있었고, Sea Grant 연구원들은 석유 및 가스정을 봉쇄하고 누출을 방지하는 데 사용되는 원통형 밸브인 해양 석유 구조물의 폭발 방지 장치의 성능을 평가하고 있었습니다.

팀의 테스트에 따르면 구조의 원통형 배열이 많은 양의 항력을 생성하는 것으로 나타났습니다. 즉, 이 구조는 석유와 가스의 높은 힘의 흐름을 분산시키는 데 특히 효율적인 것으로 나타났습니다. 그들은 동일한 배열이 바다의 파도에서 다른 유형의 흐름을 분산시킬 수 있는지 궁금했습니다.

공동 저자인 Jose del Auila Ferrandis는 "우리는 이러한 난류와 강력한 제트를 활용하여 궁극적으로 파도 에너지를 소멸시키고 있습니다."라고 말했습니다.

연구원들은 최적의 파동 소산 구조를 확인한 후 일련의 원통형 구조로 만든 실험실 규모의 건축 암초 버전을 제작했으며 이를 플라스틱으로 3D 프린팅했습니다. 각 테스트 실린더의 크기는 폭이 약 1피트, 높이가 4피트였습니다. 그들은 각각 약 1피트 간격으로 떨어진 여러 개의 실린더를 조립하여 울타리 같은 구조를 형성한 다음 MIT의 파도 탱크로 낮췄습니다. 그런 다음 그들은 다양한 높이의 파도를 생성하고 설계된 암초를 통과하기 전후에 이를 측정했습니다.

Triantafyllou는 “암초가 에너지를 파괴하면서 파도가 크게 감소하는 것을 보았습니다.”라고 말했습니다.

팀은 또한 구조를 더 다공성으로 만들고 물고기에게 친숙하게 만드는 방법을 조사했습니다. 그들은 단단한 플라스틱 판으로 각 구조물을 만드는 대신 더 저렴하고 지속 가능한 유형의 시멘트를 사용할 수 있다는 것을 발견했습니다.

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