p Com ameaças de aumento do nível do mar, tempestade e outros desastres naturais, pesquisadores da Faculdade de Engenharia e Ciência da Computação da Florida Atlantic University estão se voltando para a natureza para proteger os humanos da natureza. Eles estão desenvolvendo maneiras inovadoras de proteger as linhas costeiras e prevenir a erosão e erosão de ondas e tempestades usando materiais bioinspirados que imitam as árvores de mangue encontradas ao longo da costa, rios e estuários nos trópicos e subtrópicos. Crescendo a partir de um emaranhado de raízes que retorcem seu caminho para fora da lama, árvores de mangue protegem naturalmente as linhas costeiras, abrigar habitats de ecossistemas costeiros e fornecer filtragem de água importante. Em muitos casos, essas raízes prendem os sedimentos que fluem dos rios e da terra, ajudando a estabilizar o litoral. p Certos sistemas de raízes de mangue têm a capacidade de dissipar a energia das marés por meio de fluxos hidrológicos exclusivos e desviar a energia da água em diferentes direções, reduzindo o risco de danos costeiros. Ainda, Até a presente data, poucos estudos examinaram a dinâmica dos fluidos, como a estrutura do fluxo e a força de arrasto nas raízes dos manguezais.

p Para um estudo, publicado no jornal da American Physical Society, Fluidos de revisão física , pesquisadores destacaram a árvore de mangue vermelho ( Rhizophora mangle ) de mais de 80 espécies diferentes de manguezais, por causa de sua robusta rede de raízes que podem suportar condições ambientais extremas. O mangue vermelho forneceu aos pesquisadores um modelo ideal para aplicações costeiras com bioinspiração.

p "Por causa de suas estruturas fortes, manguezais sobreviveram por mais de 8, 000 anos, "disse Amirkhosro Kazemi, Ph.D., autor principal do estudo e pós-doutorado no Departamento de Engenharia Oceânica e Mecânica da FAU, que recebeu uma bolsa da Link Foundation e está trabalhando com Oscar Curet, Ph.D., co-autora e professora assistente do departamento. "O que é realmente incrível sobre os manguezais é que eles podem se ajustar às mudanças no aumento do nível do mar, formando estruturas ascendentes por meio de um processo natural de acumulação de camadas de lama carregadas pelas marés e outras fontes. É seu sistema radicular em particular que contribui para essa resiliência e é o que nos inspirou a pesquisar sua hidrodinâmica complexa. "

p Para entender melhor a resiliência da árvore de mangue e a dinâmica dos fluidos de suas raízes, Kazemi, Curet, e Keith Van de Riet, Ph.D., co-autor e professor assistente da Universidade de Kansas, modelou as complexas raízes do mangue como uma rede de cilindros circulares chamada patch. Eles realizaram uma série de experimentos variando os principais parâmetros, como escala de comprimento e porosidade ou flexibilidade. Eles usaram um túnel de água e visualização de fluxo para determinar como o diâmetro da raiz, sua flexibilidade e a porosidade dos manguezais afetam a água. Eles estudaram as raízes do mangue em diferentes condições de fluxo para quantificar como a estrutura do fluxo interagiria com o mangue.

p Eles observaram o efeito da porosidade e medidas de espaçamento entre as raízes, força e velocidade testadas em um túnel de água, e visualização de fluxo 2-D realizada simultaneamente.

p Os pesquisadores realizaram medições diretas de força de arrasto e velocimetria de imagem de partículas de alta resolução para caracterizar a estrutura complexa da esteira instável posterior às matrizes do patch, que representa um modelo simplificado de raiz de mangue.

p Os resultados do estudo mostram que, para raízes rígidas, a força de arrasto variou linearmente com o diâmetro do remendo e espaçamento entre as raízes. Para raízes flexíveis, os pesquisadores descobriram que uma diminuição na rigidez aumentava o arrasto do patch e o déficit de esteira atrás do patch de forma semelhante ao aumento do bloqueio do patch. Eles introduziram uma nova escala de comprimento (diâmetro efetivo) com base na assinatura da esteira para caracterizar o coeficiente de arrasto exercido no patch para porosidades diferentes. O diâmetro efetivo incorpora a porosidade do remendo, arranjo e diâmetro de raiz individual no patch. Os resultados provaram que o diâmetro efetivo do remendo diminui à medida que a porosidade aumenta, dando origem ao número de Strouhal - usado na análise dimensional que é um número adimensional que descreve os mecanismos de fluxo oscilante.

p "Com quase 2,4 bilhões de pessoas em todo o mundo vivendo em um raio de 60 milhas da costa oceânica, esta pesquisa é extremamente importante para litorais vulneráveis, não apenas na Flórida, mas em todo o mundo, "disse Stella Batalama, Ph.D., Reitor da Faculdade de Engenharia e Ciência da Computação da FAU. "Melhorar nossa compreensão da hidrodinâmica das raízes do mangue ajudará a facilitar a incorporação de estruturas semelhantes a manguezais com bioinspiração que podem ser usadas para o controle da erosão, proteção costeira, e reconstrução de habitat. "

p Embora muitas áreas baixas tenham proteção contra tempestades, como quebra-mares, essas estruturas são caras de construir, causar seu próprio conjunto de preocupações ambientais, e obstruir a paisagem natural. As informações deste estudo têm o potencial de ajudar cientistas e engenheiros a desenvolver métodos para projetar estruturas costeiras bioinspiradas resilientes. Litorais naturais são flexíveis, barato, e ajustável, e o protótipo que os pesquisadores desenvolveram é escalável, menor e mais simples de usar, além de mais econômico. Sua modelagem sistemática fornece a estrutura para projetar estruturas semelhantes a manguezais para proteção costeira.

p "Nossas descobertas podem ser potencialmente usadas para construir bancos de manguezais artificiais para áreas costeiras. Por exemplo, nosso trabalho experimental poderia até mesmo ser aplicado em um fluxo de maré uniforme, onde a água flui constantemente como resultado do aumento do nível do mar, "disse Kazemi." Atualmente estamos trabalhando em um novo modelo que nos permitirá entender o fluxo em um design mais complexo. "