工程师设计的人工礁可以保护海洋生物，减少风暴的破坏

热带岛屿周围美丽、多节、角落和裂缝的珊瑚礁是抵御暴风雨的海洋避难所和天然缓冲区。但是，随着气候变化的影响漂白和破坏世界各地的珊瑚礁，以及极端天气事件变得越来越普遍，沿海社区越来越容易受到频繁的洪水和侵蚀

麻省理工学院的一个团队现在希望用“建筑”珊瑚礁加固海岸线&mdash；可持续的海上结构，旨在模仿天然珊瑚礁的波浪缓冲效果，同时为鱼类和其他海洋生物提供栖息地。这项研究发表在PNAS Nexus杂志上

该团队的珊瑚礁设计以一个圆柱形结构为中心，该结构由四个舵状板条围绕。工程师们发现，当这种结构顶住波浪时，它可以有效地将波浪分解成湍流射流，最终耗散波浪的大部分总能量。该团队计算出，新设计可以减少与现有人工礁一样多的波浪能量，使用的材料减少10倍

研究人员计划用可持续的水泥制造每个圆柱形结构，将其塑造成可以自动组装的“体素”图案，并为鱼类和其他海洋生物提供可供探索的洞穴。

这些圆柱体可以连接起来形成一堵长的半渗透墙，工程师可以沿着海岸线建造，距离海岸约半英里。根据该团队对实验室规模原型的初步实验，该建筑珊瑚礁可以将入射波的能量减少95%以上

机械工程系海洋科学与工程的Henry L.和Grace Doherty教授Michael Triantafyllou说：“这就像一个长波破浪器。如果波浪向这个珊瑚礁结构袭来时有6米高，那么它们最终会在另一侧不到一米高。所以，这可以消除波浪的影响，从而防止侵蚀和洪水。”

Triantafyrlou的麻省理工学院合著者是Edvard Ronglan SM'23；研究生Alfonso Parra Rubio、Jose del Auila Ferrandis和Erik Strand；研究科学家Patricia Maria Stathatou和Carolina Bastidas；比特和原子中心主任Neil Gershenfeld教授；与巴黎理工学院的Alexis Oliveira Da Silva、西湖大学的Dixia Fan和股份有限公司Scinetics的Jeffrey Gair Jr.一起

一些地区已经建立了人工珊瑚礁，以保护其海岸线免受风暴侵袭。这些结构通常是沉船、退役的石油和天然气平台，甚至是混凝土、金属、轮胎和石头的组装结构。然而，目前使用的人工珊瑚礁类型存在差异，而且没有设计此类结构的标准

更重要的是，部署的设计往往每单位体积使用的材料具有较低的波耗散。也就是说，需要大量的材料才能破坏足够的波浪能来充分保护沿海社区

麻省理工学院的团队转而寻找设计人工礁的方法，该人工礁可以用更少的材料有效地耗散波浪能，同时也为生活在任何脆弱海岸的鱼类提供避难所

“记住，天然珊瑚礁只在热带水域发现，”麻省理工学院海洋拨款主任Triantafyllou说。“例如，在马萨诸塞州，我们无法拥有这些珊瑚礁。但建筑珊瑚礁不依赖于温度，因此它们可以放置在任何水中，以保护更多的沿海地区。”

这项新工作是麻省理工学院海洋拨款研究人员和比特与原子中心（CBA）研究人员合作的结果，前者开发了珊瑚礁结构的流体动力学设计，后者致力于使该结构模块化，易于现场制造

团队的珊瑚礁建筑设计源于两个看似无关的问题。CBA研究人员正在为航空航天行业开发超轻型蜂窝结构，而Sea Grant研究人员正在评估海上石油结构防喷器的性能；用于密封油气井并防止其泄漏的圆柱形阀门

该团队的测试表明，该结构的圆柱形排列产生了大量阻力。换言之，该结构在消散高作用力的油气流方面似乎特别有效。他们想知道：同样的安排会消散海浪中的另一种流动吗

研究人员开始在水流模拟中使用一般结构，调整其尺寸并添加某些元素，以查看波浪在撞击每个模拟设计时是否发生变化以及如何发生变化

这个迭代过程最终实现了一个优化的几何形状：一个垂直圆柱体，两侧有四个长缝翼，每个缝翼都连接到圆柱体上，为水在最终结构中流动留出空间。他们发现，这种设置基本上会分解任何入射的波浪能量，导致波浪诱导流的一部分螺旋式向两侧流动，而不是向前冲去

“我们正在利用这种湍流和这些强大的喷流来最终耗散波浪能，”Ferrandis说

一旦研究人员确定了最佳的波浪消散结构，他们就用一系列圆柱形结构制作了一个实验室规模的珊瑚礁，并用塑料3D打印。每个测试圆柱体的尺寸约为1英尺宽和4英尺高

他们屁股