Prefinjene numerične simulacije razkrivajo, da čudovita struktura gobe, znana kot Venerina cvetlična košara, zmanjšuje hidrodinamični upor in verjetno pomaga pri zajemanju delcev hrane ter sperme za spolno razmnoževanje. Goba Euplectella aspergillum, znana tudi kot Venera cvetlična košara, slovi po svojem zapletenem steklenem ogrodju. Ta struktura zagotavlja izjemno mehansko podporo in je navdihnila izgradnjo lahkih mostov in nebotičnikov. Voda se skozi pore neprestano vleče v in iz centralne telesne votline gobe, da filtrira delce hrane in izmenjuje pline. Čeprav so mehanske lastnosti okostja gob dobro dokumentirane, je o podrobnih pretokih tekočine okoli in skozi telo malo znanega. Okostje je sestavljeno iz pravilne kvadratne rešetke, ki je diagonalno ojačana in tvori ogrodje za votlo cilindrično telo gobice. Da bi dekonstruirali učinek vsake skeletne komponente na pretok tekočine, so Falcucci in sodelavci za primerjavo ustvarili več idealiziranih modelov gobice. Ti modeli so vključevali navaden trden valj, trden valj s spiralnimi grebeni, votlo valjasto rešetko in votlo cilindrično rešetko s spiralnimi grebeni.
Določanje pretoka tekočine za te različne modele je zahtevalo izredno natančne simulacije dinamike tekočine. Ti lahko hkrati razrešijo raven podrobnosti od mikroskopskih tokov okoli okostja pa vse do množičnih tokov okoli celotnega organizma. Da bi bili ti poskusi izvedljivi, so Falcucci in ostali, numerično rešil enačbe, ki urejajo takšne tokove, z metodo, ki je še posebej primerna za vzporedno računalništvo na elektronskih vezjih, imenovano grafične procesne enote. Poleg tega so avtorji simulacije izvajali na Marconi100, enem najmočnejših superračunalnikov na svetu.
To delo predstavlja izjemen primer, kako je mogoče najsodobnejše numerične simulacije uporabiti za raziskovanje problemov na področjih, kot so biomehanika, temeljna dinamika tekočin in bioinspirirano oblikovanje. Rezultati Falcuccija in sodelavcev kažejo, da imajo številne kompleksne strukture, opažene pri morskih nevretenčarjih in drugih organizmih, neintuitivne posledice za dinamiko tekočin. Pristop avtorjev bi lahko uporabili pri številnih ugankah v naravi, povezanih ne le s filtriranjem hrane, izmenjavo plinov in zmanjšanjem zračnega upora, temveč tudi z zajemanjem cvetnega prahu in izgubo toplote. Takšne simulacije pretoka na več ravneh bi lahko na primer uporabili za razumevanje hidrodinamike izmenjave plinov skozi koralne grebene ali aerodinamike zajemanja cvetnega prahu.
Poleg tega ta študija Venerine cvetlične košare razkriva, kako lahko kompleksne geometrije manipulirajo s pretokom tekočine za več funkcij, vključno z zmanjšanjem upora, mehansko podporo in filtriranjem delcev. Lekcije, pridobljene iz tega organizma, bi lahko navdihnile izboljšane večnamenske inženirske strukture, kot so naprave za vzorčenje in filtriranje.
Prispevek Nature.com