NO322560B1 - Tensegritystrukturer for fiskeoppdrettsinstallasjoner - Google Patents

Abstract

En marin struktur som en fiskermerd (0) for akvakultur, med en not (90) som spennes ut av en tensegrity-struktur, dvs en struktur som omfatter stavelementer (1) og strekkelementer (2)

Description

Tensegritystrukturer for fiskeoppdrettsinstallasjoner.

Innledning

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder konstruksjonskonsepter for fleksible marine akvakultur-strukturer. En ekstraordinær frihet for å regulere form, bevegelse og vibrasjon kan oppnås ved å konstruere systemet som en såkalt tensegrity-struktur og ved å innføre hensiktsmessig aktuatorbruk, sensorbruk og regulering. En tensegrity-struktur omfatter kompressive elementer som staver, og strekkelementer som liner eller vaiere, hvor de kompressive elementene ikke kan være under sammenhengende kompresjon regnet i romlig sammenheng. Oppfinnelsen omfatter også sammenknyttede enheter av fleksible offshore-strukturer.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Tensegrity-strukturer er bygget opp av kompressive deler ,som staver eller stenger som alltid er under kompresjon, og strekkdeler som vaiere, tau eller såkalte strenger, som alltid er under tensjon, dvs. under strekkspenning. Dette strukturkonseptet oppsto fra strukturell kunst sent på femtitallet og har blitt anvendt i byggteknikk, for strukturelle konstruksjoner, arkitektur og romfartskonstruksjon.

Fiskeoppdrett og akvakultur-installasjoner blir for tiden plassert i skjermede områder nær land eller inne i fjorder. Dette er først og fremst på grunn av tekniske begrensninger og akseptabel fortjeneste for denne industrien hittil. Den norske eksporten av fisk - og akvakulturprodukter vil i fremtiden bli av økende viktighet for nasjonen og industrien undersøker mulighetene for å utnytte fiskeoppdrett offshore.

Hittil har fiskeoppdrettsindustrien vært karakterisert ved:

<*> Enkle tekniske løsninger.

<*> Små til middels store fiskemerd-installasjoner.

<*> Begrenset fleksibilitet for strukturene.

<*> Behov for tilstrekkelig skjermede lokaliteter.

<*> Ingen form-, bevegelses- eller vibrasjonsregulering av installasjonene.

Hovedgrunnene for å flytte installasjonene offshore er:

<*> Bedre vannkvalitet på åpent hav.

<*> Det vil være en høyere gjennomstrømningsrate gjennom installasjonene som fører til bedret velferd for fisken.

<*> Mangel på gode lokaliteter for fiskeoppdrettsinstallasjoner innaskjærs.

<*> Store installasjoner kan øke kvantiteten og fortjenesten.

Utfordringene ved å flytte installasjonene offshore med hensyn til strukturell konstruksjon er følgende: <*> Store installasjoner som notholdende ringformede flottører og andre strukturer behøver å være veldig stive og sterke, eller høyst fleksible for å tåle miljølaster, dvs. bølger og strøm. <*> Form- og bevegelsesregulering av strukturen kan bli påkrevet både for å forbedre fiskevelferden ved å endre vannstrømning og oksygentilførselen og for å redusere miljølaster. <*> Strukturens form er viktig også med hensyn til transport eller forflytning av installasjoner og innhøsting av fisk.

Kjent teknikk på fagområdet

US-patent 3.063.521 til R. Buckminster-Fuller beskriver forskjellige aspekter ved tensegrity-designkonseptet for bygging av sfæriske skallstrukturer, tårn, bjelker og andre strukturer. Et grunnelement i Buckminster-Fuller sin struktur er slanke staver hvor en ende er forbundet ved et såkalt tensilt element, altså et eller strekkelement til en andre stangs ende og en del som ligger mellom endene av en tredje stav. Buckminster-Fullers navn har gitt opphav til navnet på den senere karbonmolekylstrukturen C-60 som kalles Buckminster-Fullerener av lignende struktur. En mulig ulempe ved å feste et strekkelement til en del som ligger mellom endene av en stav er innføringen av bøyende momenter på de kompressive elementene, altså stavelementene, som til sist risikeres å brekke.

US-patent 3169611 til K. D. Snelson utviklet videre aspekter ved tensegrity-strukturer og viser buer og andre kunstnerisk utformede strukturer med rene kompressive kraftfelt langs stavene, noe som reduserer problemet med hensyn til bøyende momenter mot Buckminster-Fuller sine kompressive elementer.

US3866366 til Buckminster-Fuller beskriver en byggestruktur sammensatt av stavelementer som ikke står under romlig sammenhengende kompresjon, og holdt av en mengde strekkelementer. Stavelementene blir holdt på plass i rommet ved hjelp av strekkelementene som er festet nær endene av stavene. Det finnes to understrukturer omfattende pentagonale konfigurasjoner. Hele strukturen danner en generelt kuleliknende byggestruktur.

Introduksjonen av regulerbare tensegrity-strukturer kan henledes mot miljølast-utfordringene som marine strukturer utsettes for, omfattende fiskemerder for åpent hav. Dette på grunn av de følgende egenskaper ved tensegrity-strukturer: <*> Forholdet mellom mekanisk styrke og masse er veldig høyt. Ettersom tensegrity-strukturen kan konstrueres til å være fleksibel, kan en lokalt rettet virkende ytre kraft bli fordelt på et flertall av elementer i strukturen slik at man oppnår at den angripende energien kan fordeles i strukturen. <*> Ethvert kompressivt element (stav) er kun gjenstand for kompressiv kraft, og således er ikke noen staver gjenstand for noe torsjonsmoment. <*> De kompressive elementene kan være slanke og vi kan forvente at mesteparten av de eksterne kreftene som virker på hvert kompressivt element, og også på de tensile elementene, vil være av viskøs natur, dvs. krefter fra fluidstrømmer som passerer omkring staven og strekkelementet. <*> Tensegrity-strukturer kan også utvikles slik at fremdriften kan oppnås ved passende samvirke mellom underordnede elementer.

Sammendrag av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse representerer en løsning på de ovenfor nevnte problemer, og er en marin struktur som en fiskemerd for akvakultur, med en not som spennes ut av en tensegrity-struktur, dvs. En struktur som omfatter kompressive dvs. stav- elementer, og strekkelementer.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen omfattes en marin struktur hvor tensegrity-strukturen omfatter heksagonale sylindriske grunnceller.

Et annet trekk av en foretrukket utførelse av oppfinnelsen omfatter en tensegrity-struktur som danner en fleksibelt deformerbar ring for å være anordnet nær sjøoverflaten eller under sjøoverflaten, for å spenne ut noten som henger i sjøen under ringen (og om mulig flytende over ringen, dersom ringen er nedsenket eller dersom et såkalt hoppenett er påkrevet) for å omslutte et

antall fisk.

Alternativt til at tensegritystrukturen danner en ring som holder en not, kan tensegritystrukturen danne en fleksibelt deformerbar halvkuleform som spenner ut noten, hvor halvkuleformen er innrettet til å omslutte fisken.

Mer enn å utgjøre en halvkuleform, kan en alternativ utforming av tensegritystrukturen danne en fleksibelt deformerbar og lukket, fortrinnsvis rørformet struktur for å spenne ut noten.

Eksisterende marine akvakultur-installasjoner er for det meste av liten til middels størrelse og har ingen aktiv regulering av form, bevegelse eller vibrasjon. Vi ser at tensegritystrukturer generelt ville være en løsning med hensyn til å bygge fleksible strukturer for slike tøffe miljø- og klimaforhold som man opplever offshore. Passende sensorbruk, aktuatorbruk og regulering ville i tillegg redusere eller minimalisere miljølastene og forbedre eller optimalisere fiskevelferden.

Oppfinnelsen som heri fremstilles har utførelser som marine installasjoner som bruker tensegritystrukturer. Passende sensorbruk, aktuatorbruk og regulering kunne benyttes for å fremskaffe fleksibilitet og tilpasningsdyktighet for strukturen. Særdeles introduserer vi disse nye ideene: <*> Anvendelse av en aktuatorpåvirket tensegrity-irngstruktur (Fig. 2a og Fig. 2b) for å gjøre offshore-strukturen mer fleksibel. De grunnleggende elementene i denne strukturen er en anbringelse av tre kompressive elementer som krysses og holdes i et fast romlig forhold ved at tre strekkelementer strekker seg fra hvert kompressive element i en triangulær rettavkortet sylindrisk bur - lignende struktur med firkantet sideflate, med de kompressive elementene anordnet diagonalt i hver firkant, vennligst se Fig. 4. dette grunnelementet ble først definert av K. D. Snelson i 1965. <*> Anvendelse av en andre aktuatorpåvirket tensegrity-irngstruktur, vennligst se Fig. 19, for å danne fleksible offshore-ringstrukturer. Det grunnleggende elementet i denne strukturen er en oktahedral celle (Fig. 19) som fremvist av Passera & Pedretti på den Sveitsiske Expo 2001. En forbindelse mellom to grunnelementer med to koblinger og to strekkelementer er vist i Fig. 20. <*> Anvendelse av en tredje aktuatorpåvirket tensegrity-irngstruktur (Fig. 23) for å danne fleksible offshore-strukturer. De grunnleggende elementene i denne strukturen er også den oktahedrale cellen (Fig. 19). To naboer som er oktahedrale celler blir slik forbundet med bare en forbindelse mellom stavender og fire strekkelementer som forbinder og styrer nabocellene i forhold til hverandre, se

Fig. 21.

<*> Det har ifølge en alternativ utførelse foreliggende oppfinnelse blitt oppfunnet en grunnleggende heksagonal celle (Fig. 12A). Et innflettet mønster har blitt laget ved å forbinde slike heksagonale celler som vist i den kombinerte heksagonale cellen (Fig. 13A). Aktuatorbruk, hovedsakelig ved aktuatorpåvirkning av strekkdeler, kan få den kombinerte heksagonale cellen til å endre form i betraktelig grad, mellom et vidt og flatt heksagonalt prisme som vist i Fig. 13B, og en slank og høy heksagonalt formet prismatisk bunt som i Fig. 13C. <*> De kombinerte heksagonale cellene (Fig. 13 A) kan kobles sammen på flere måter for å danne fleksible strukturer. Forskjellige konsepttegninger har blitt fremstilt for å indikere noen av dens mulige anvendelser i fiskeoppdrettsinstallasjoner (Fig. 14, Fig. 15, Fig. 16 og Fig. 17). <*> Forbindelse av flere installasjoner bygget som tensegrity-strukturer og utnyttelse av koblet bevegelse mellom enhetene for å produsere energi (Fig. 3). Regulering av form, bevegelse og vibrasjon er også et av hovedpunktene ved de sammenkoblede strukturene.

Kort figurforklaring

Oppfinnelsen er illustrert i de vedlagte tegningene, som ikke skal kunne oppfattes som begrensende for oppfinnelsen, som kun skal begrenses av de vedføyde patentkrav.

Fig. IA er en innledende illustrasjon med et planriss av en flottørring i en fiskemerd.

Fig. IB illustrerer et planriss av en oppdriftsring av en fiskemerd, hvor merden rommer levende fisk, og er formet for å redusere virkningen av miljølaster som bølger, strøm og vind. Fig. 1C illustrerer et planriss av en fiskemerd anordnet på tvers av den fremherskende vannstrøm for mer effektivt å skifte ut vannet. Fig. 1C illustrerer et perspektivriss av fiskemerden anordnet på tvers av den fremherskende vannstrøm for mer effektivt å skifte ut vannet. Fig. 2A illustrerer en ringstruktur som omfatter flere grunnelementer av tensegrity-type hvor tensegrity-elementene ikke er illustrert i detalj. Fig. 2B illustrerer ringstrukturen fra Fig. 2A, med en overordnet form som avviker fra formen av ringstrukturen fra Fig. 2A, enten ved deformasjon eller ved aktivt å endre formen. Fig. 3 viser et generelt planriss av flere likt utformede ringstrukturer, f.eks. av oppdriftsringer av flere fiskemerder, hvor relative bevegelser kan utnyttes for å produsere energi. Fig. 4 viser et grunnleggende tensegrity-element i henhold til Snelson vist i US-patent 3169611, med tre kompressive deler og ni tensjonsdeler som utgjør en selvoppholdende romlig struktur. Snelson kombinerte mange slike grunnceller for å danne tårn, buestrukturer osv., hvor kompresjonen i stavelementene er diskontinuerlig, dvs. at kompresjonen i et stavelements lengderetning ikke fortsetter direkte inn i et neste stavelement, og hvor sfrekkspenningen er kontinuerlig i tensjonselementene, f.eks. tau, vaiere, liner, kjettinger, og hvor det må opprettholdes en strekkspenning i tensjonselementene. Fig. 5 viser to slike kombinerte grunnleggende celler ifølge Snelson, hvor en celle er anordnet på toppen (koblet mot prismeenden) av en annen celle, og hvor kompresjonen i stavelementene er diskontinuerlig ved at en stavs ende hviler mot et av strekkelementene i den motstående tensegritycellen. Fig. 6 illustrerer at tre slike triangelformede Snelson-celler vil,når de kobles sammen side mot side, resultere i konflikt mellom deres retninger slik at det oppstår mekanisk kontakt mellom kompresjonselementene, dvs. stavelementene, noe som utgjør en risiko for utmatting eller slitasje påført mellom gjensidig kryssende deler. Dersom slike benyttes i dynamiske omgivelser, for eksempel i sjøen eller i vekslende vind, kan dette medføre skade på hele strukturen som bygger på slike grunnelementer. Fig. 7 viser et heksagonalt element som tidligere ble antatt å kunne brukes som en grunnleggende multi-heksagonal struktur, men som gir potensielle problemer med konflikt mellom kryssende retninger av naboceller. Fig. 8 er en forenklet illustrasjon av grunnceller av heksagonale og/eller pentagonale (femkantede) elementer hvor man forestiller seg at kan slike kan danne et kuleformet skall av indre og ytre heksagonale og eller pentagonale områder. Fig. 9 viser en virkning av en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen, hvor virkningen er evnen til å sammentrykke eller utvide arealet av en grunnleggende heksagonal celle, f.eks. i den hensikt å

komprimere et skall for transport, og ekspandere skallet etter sjøsetting.

Fig. 10 er et grovt riss av et delvis komprimert grunnleggende heksagonalt element i henhold til oppfinnelsen og som vist i Fig. 13c, som man forestiller seg danner en del av et sammentrykt kuleformet skall tilsvarende skallet som er vist i Fig. 8. Elementet er nå tegnet om for å være konsistent med den grunnleggende heksagonale cellen i Fig. 12 A. Fig. 11 illustrerer i mer detalj hovedformen på et ekspandert heksagonalt grunnelement som man forestiller seg danner en del av et utvidet kuleformet skal ifølge Fig. 8. Elementet er nå tegnet om for å være konsistent med den grunnleggende heksagonale cellen i Fig. 12A. Fig. 12A illustrerer en utførelse av en heksagonal grunncelle i et heksagonalt tensegrity-element ifølge oppfinnelsen. Fig. 12B, Fig. 12C og Fig. 12D illustrerer hvordan tre lag av de grunnleggende heksagonale cellene, når de er forskjøvet i forhold hverandre, kan kombineres for å danne det kombinerte heksagonale tensegrity-grunnelementet ifølge oppfinnelsen. Vi henviser leseren til å studere denne grunncellen vist il Fig. 13 a. Fig. 13A viser en utførelse ifølge oppfinnelsen av grunncellen av et kombinert heksagonalt tensegrity-grunnelement. Fig. 13B illustrerer et slikt ekspandert kombinert tensegrity-element ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, hvor figuren tydelig viser en del av et første fagverk av seks såkalte kompressive eller stav-elementer forbundet i et heksagonalt sagtannsmønster, deler av et andre fagverk av tre kompressive eller stav-elementer i en triangulær pyramideform med sine forbindelsespunkter i det øvre heksagonale planet og mellom tre øvre noder i sagtannsringen av det første fagverket, og til sist, deler av et tredje, omvendt anordnet tiangulært pyramidalt fagverk av kompressive elementer. Fig. 13C illustrerer det samme kombinerte grunnleggende tensegrity-elementet som er vist i Fig. 13A og Fig. 13B, nå komprimert om en vertikal akse i heksagonalstrukturen. Fig. 14 viser et sett av syv forbundne kombinerte grunnleggende tensegrity-elementceller, hvor de kompressive delene ikke er vist. Fig. IS illustrerer en enkelt kombinert grunnleggende tensegrity-elementcelle som spenner ut en

not, for å illustrere at en enkelt celle kan være tilstrekkelig for å danne en fiskemerd.

Fig. 16 illustrerer et rørformet fagverk dannet av mange sammenbundne grunnleggende tensegrity-elementceller ifølge oppfinnelsen, hvor det rørformede fagverket er anordnet i sjøen og utsatt for bølger.

Ftg. 17 illustrerer et rørformet fagverk dannet av flere kombinerte tensegrity-elementceller ifølge oppfinnelsen, hvor det rørformede fagverket ytterligere er lukket ved heksagonale deler av den samme typen av tensegrity-grunnelementer. Et slikt lukket fagverk kan anordnes flytende, nøytral eller med negativ oppdrift i sjøen og spenne ut en not på sin innerside eller ytterside for å danne en fiskemerd som kan motstå miljølaster. Fig. 18 viser et flertall fiskemerder som har en form når de er forbundet til en stiv struktur når den er fortøyd, og med en annen form og således tilpasset til å bli tauet av en slepebåt. Fig. 19 illustrerer et annet grunnleggende tensegrity-element ifølge oppfinnelsen kalt en oktahedral celle. Arealet innenfor de fire forbundne kompressive elementene kan utstyres med en not eller et plan med en impermeabel flate. Fig. 20 viser to forbundne oktahedrale celler fra Fig. 19, hvor de danner en del av en ringstruktur ifølge oppfinnelsen, som vist i Fig. 22. De to oktahedrale cellene er forbundet langs et sideelement blant de fire forbundne kompressive elementene. Fig. 21 viser to oktahedrale celler forbundet i en node av de fire forbundne kompressive elementene, med større bevegelsesfrihet, og for å danne en alternativ ringstruktur som vist i Fig. 23. Fig. 22 illustrerer et planriss av en ringstruktur dannet av oktahedrale celler fra Fig. 19 og forbundet som i Fig. 20, som kan ha en ugjennomtrengelig vegg anordnet i den firkantede rammen av et oktaheder, og som kan benyttes for å utgjøre en strukturell hovedramme for en ring i en fiskemerd. Fig. 23 viser et lignende planriss av en annen ringstruktur dannet av oktahedrale celler fra Fig. 19 og forbundet som vist i Fig. 21, med mer frihet til å følge sjøbølger mens den flyter på overflaten. Fig. 24 illustrerer en spesiell forbindelse hvor tre kompressive deler er forbundet. Dette kan anvendes i det punktet hvor tre kompressive deler møtes i senter av det kombinerte heksagonale tensegrity-grunnelementet fra Fig. 13 A.

Fig. 25 viser tre vinsjer som er festet ved enden av en stav, dvs. en kompressiv del.

Fig. 26 illustrerer en løsning på hvordan en lineær aktuator kan benyttes for å justere lengden og eller spenningen i de nevnte tensjonselementene. Fig. 27 illustrerer en utførelse av oppfinnelsen omfattende et reguleringssystem for en fiskemerd bygget på tensegrity-elementer.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Oppfinnelsen som her presenteres er marine installasjoner som bruker tensegrity-strukturer med behørig sensorbruk, aktuatorbruk og regulering for å gi fleksibilitet og tilpasningsmuligheter for fiskeoppdrett og akvakulturinstallasjoner.

En fiskeoppdrettsinstallasjon (100) kan beskrives som en tredimensjonal struktur (101) som spenner ut en not (90) som inneholder et antall fisk. Den tredimensjonale strukturen (101) kan ha mange former og bare noen få utførelser vil presenteres her. Vi definerer en ringformet struktur (102), en lukket, f.eks. rørformet eller kuleformet eller tilsvarende formet generelt lukket struktur (103) se

Fig. 8, Fig. 16, Fig. 17, og en generelt halvkuleformet struktur (104) se fig. 1C.

Fig. IA og Fig. IB illustrerer i grove trekk den nevnte ringformede strukturen (102) innrettet til å endre form enten passivt ved fleksibel deformasjon eller ved å benytte aktiv regulering for å minimere eller redusere de negative effekter av miljøkrefter, f.eks. vind, bølger og strømmer. Fig. 1C illustrerer en form som maksimerer arealet som det passerer en vannstrøm gjennom i den hensikt å oppnå forbedrede forhold for utskifting av vann i fiskeoppdrettsinstallasjonen. Fig. 1C viser også en utførelse ifølge oppfinnelsen av den tredimensjonale strukturen (101) som spenner ut noten (90). Fig. 2A illustrerer en annen utførelse av den ringformede strukturen satt sammen ved å benytte et antall grunnelementer (110). Grunnelementet (110) kan i dette tilfellet være ethvert grunnleggende tensegrity-element (111). Fig. 2B illustrerer hvordan den nevnte ringformede strukturen (102) kan deformeres eller aktivt endre form på grunn av deformasjon eller aktivt endre formen av de nevnte grunnelementene (110). Det grunnleggende tensegrity-elementet (111) er vanligvis en god kandidat for formregulering som vil bli utnyttet i fiskeoppdrettsinstallasjoner (100) ifølge oppfinnelsen, bygget på det videre utviklede konseptet med tensegrity-strukturer. Fig. 3 illustrerer en sammenkoblet struktur (105). Den sammenkoblede strukturen kombinerer flere av de tredimensjonale strukturene (101) av ønsket form. De individuelle tredimensjonale strukturene (101) kan være sammenkoblet ved forbindelsesledd (80). Eksternt påtvunget relativ bevegelse mellom de tredimensjonale strukturene (101) kan utnyttes ved å integrere energiomformere innrettet for å konvertere mekanisk energi f.eks. på grunn av varierende lengde av strekkelementer eller relative rotasjonsbevegelser omkring forbindelsesleddene (80) til f.eks. elektrisk energi.

Lengden og spenningen i strekkelementene (2) kan endres ved hjelp av lineære aktuatorer (25) eller vinsjer (26). De lineære aktuatorene kan være ganske slanke og kan være anordnet inne i eller anordnet omkring et kompressivt eller stav- element (1). Vinsjer (26) kan anordnes på en ende av et kompressivt element (1) for å overføre vaierspenning f.eks. ved hjelp av en vaierstrømpemekanisme.

I en alternativ utførelse fremskaffer vi også kompressive deler innrettet slik at lengden av de kompressive delene (1) kan endres ved hjelp av hydrauliske stempler eller lineære aktuatorer som benytter motorer, se Fig. 26.

Et overordnet første reguleringssystem (75) enkelt illustrert i Fig. 27 for fiskemerden (0,70,72,74) ifølge oppfinnelsen er innrettet for å motta sensorsignaler (760) fra første sensorer (76) innrettet for å måle strekk-kraft i strekkelementene (2), og også for å måle den aktuelle lengden av utstrekning av strekkelementene (2). Reguleringssystemet (75) kan også være innrettet for å motta andre sensorsignaler (770) fra andre sensorer (77) innrettet for å måle den kompressive kraft i kompressive elementer (1). Det overordnede reguleringssystemet (75) bør ha informasjon om den aktuelle lengden for alle de kompressive elementene (1) og alle strekkelementene (2). Det overordnede reguleringssystemet (75) er dertil innrettet for å beregne formen av alle grunnelementene (600,700) og således den overordnede formen og størrelsen av hele fiskemerden (0,70,72, 74). På grunnlag av ytre miljølaster som vindretning, vindhastighet, bølgeretninger, sjøtilstand, strømretning og strømhastighet, kan reguleringssystemet (75) så beregne hvorledes lengdene av spesifikke strekkelementer burde endres for å endre den overordnede formen av fiskemerden (0, 70,72,74). Reguleringssystemet (75) kan motta kommandosignaler (780) fra et operatørbetjent kommandoinnmatingskonsoll (78) om hvordan den overordnede formen av fiskemerden burde være eller burde endres, f.eks. for en overgang fra formen av en fortøyd konfigurasjon som vist i Fig. 17A eller 17C, til en mer langstrakt og smal form for å bli transportert, enten tauet som i Fig. 17B eller kjørt selvgående som i 17D.

Det overordnede reguleringssystemet (75) kan så gi ut pådragssignaler (750) til aktuatorer (25,26) for endring av strekkspenning eller lengde, eller begge, av spesifikke strekkelementer (2) som skulle endre spenningen og / eller lengden. Alternativt kan reguleringssystemet gi ut pådragssignaler (750) til andre reguleringssystemer (85) innrettet slik at spesifikke celler skal endre form i henhold til den overordnede form for å passe inn i den overordnede ønskede formen. Lokalt mottar strekkelementene (2) pådragssignalene (750) for å endre sine strekk-krefter eller utstrukne lengde, og det underordnede reguleringssystemet (85) kan være innrettet for å motta sensorsignalene (760) fra første sensorer (76) innrettet til å måle strekkraften i strekkelementer (2), og også for å måle utstrukket lengde for strekkelementene (2), og gi pådragssignaler lokalt til aktuatorer (25,26) i den hensikt at de lokale tensegrityelementene skal kunne oppnå sin form eller størrelse som er styrt fra det første overordnede reguleringssystemet (75).

Det er mulig å stramme alle strekkelementene for å gjøre hele strukturen mer stiv, eller å slakke

dem i den hensikt å redusere den overordnede strukturens stivhet. Noen av de kompressive [(stav-)] elementene kan være utstyrt med aktuatorer som hydrauliske stempler eller elektriske motorer som virker på de kompressive elementene slik at de endrer sine lengder, slik at man endrer spenningen i noen av strekkelementene og således endrer formen på den lokale tensegritycellen.

Sensorsignaler og kommandosignaler / pådragssignaler kunne sendes som akustiske, radio-, optiske eller elektriske signaler gjennom vannet eller gjennom ledere i strekkelementene (2) og / eller kompresjonselementene (1).

Fig. 8 illustrerer en pentagonal grunncelle (500) og en heksagonal grunncelle (600) ifølge oppfinnelsen, innrettet til å danne en del av en lukket struktur (74). ved å endre vidden av et ønsket antall av slike heksagonale grunnceller som vist i Fig. 9, kan radien endres mellom en radius (rc) i sammenslått tilstand og en radius (rd) for ekspandert eller i "sjøsatt" tilstand. Denne egenskapen kan resultere i at en fiskemerd ifølge oppfinnelsen kan trekkes sammen til en liten radius, f.eks. mellom 2 og 6 meter, for å taues eller løftes om bord på et fartøys dekk og transportert til en ønsket lokalitet, og, når den har kommet på plass i sjøen på den ønskede lokaliteten, ekspanderes til en radius på 10 til 20 meter eller mer, i den hensikt å utvide en påfestet not (90) for å utgjøre en stor fiskemerd for bruk i den aktuelle akvakultur. Fig. 10 og 11 illustrerer en celleradialt sammentrukket og en ekspandert grunnleggende subcelle (31, 32,33) ifølge oppfinnelsen. Denne grunnleggende subcellen vil bli forklart nedenfor.

En foretrukket utførelse av en fullstendig heksagonal grunncelle (600) ifølge oppfinnelsen omfatter en sideveis forskjøvet kombinasjon av tre av de grunnleggende subcellene (31,32,33) som vist i Fig. 13 A, og er beskrevet i detalj nedenfor. Denne heksagonale grunncellen kan trekkes sammen i sideretning (og vil ekspandere radielt) som vist i Fig. 13C, men virkningen av den sideveis sammentrekningen er at radien av en hel struktur dannet av slike grunnceller vil trekke seg sammen til (rc) som illustrert i Fig. 9 nevnt ovenfor. Den heksagonale grunncellen kan, fra en mer eller mindre sammentrukne tilstanden som beskrevet ovenfor, transformeres til å flate ut i grunncellens radiale retning for å bli utvidet til en strukturell radius (rd) for hele merden som vist i Fig. 9 og i

Fig. 11 og i mer detalj på cellenivå i Fig. 13b.

Vi beskriver nå et slikt grunnleggende tensegrity-element (111) som først ble vist av Snelson i US-patent 3169611. dette grunnleggende tensegrity-elementet (111) er definert med tre stavformete tensegrity-elementer (200) og er illustrert i Fig. 4. De tre nevnte stavformete tensegrityelementene

(200) utgjør de tre såkalte kompressive delene (1) som krysser hverandre på midten i et tråd-oppspenningsnettverk som består av ni slike strekkdeler (2).

I den foreliggende oppfinnelsen utnytter vi muligheten til å endre formen på disse tre grunnleggende tensegrityelementene (200), se Fig. 6, ved å justere lengden på strekkdelene (2) på en koordinert måte. De tre tensegrity-grunnelementene (200) kan endre form for å bli lave (eller høye) ved å forlenge (eller forkorte) de horisontale strekkdelene (5), begge på toppen og bunnen, og forkorte (eller forlenge) de vertikale strekkdelene (4). Fig. 6 viser også på hvilke punkt (6) disse tre grunnleggende stavelementene (200) kunne forbindes med tilsvarende tensegrity-grunnelementer (Hl).

Fig. 5 illustrerer hvorledes to slike trestavers tensegrity-grunnelementer (200) kunne forbindes i punktene (6) aksialt på, men rotert i forhold til hverandre. En av de foreslåtte ringformede strukturene (102) kan bygges ved å koble sammen et endelig antall av nevnte trestavers tensegrity-elementer (200) til en ring. Muligheten for å endre form i hver av de trestavers tensegrity-grunnelementene (200) gir denne ringformede strukturen (102) av de trestavers tensegrity-grunnelementene (200) en usedvanlig frihet og fleksibilitet til å regulere form, bevegelse, vibrasjoner og stivhet.

En grunnleggende heksagonal subcelle (300,31,32,33) ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, vennligst se Fig. 11, kan benyttes for å sette sammen en heksagonal grunncelle (600)

(vennligst se Fig. 13a) for å bygge de nevnte sfærisk formede strukturene (103) og halvkuleformede strukturene (104).

Vi ønsket å bygge disse strukturene ved å bruke heksagonale og pentagonale tensegrity-grunnelementer (111) koblet sammen på samme måte som de heksagonale og pentagonale overflateelementene av en fotball. Se Fig. 8. Vi forsøkte i første omgang pentagonale og heksagonale tensegrity-grunnelementer (111) lik det som er illustrert i Fig. 7. Vi kaller disse pentagonale tensegrity-grunnelementer (400) og heksagonale tensegrity-grunnelementer (500) respektive. Ved hensiktsmessig regulering av slike pentagonale tensegrity-grunnelementer (400) og heksagonale tensegrity-grunnelementer (500) ønsket vi å regulere formen og volumet av en type av den nevnte sfærisk-formede strukturen (103) som er illustrert i Fig. 9.

Vi innså imidlertid at det ville oppstå ulemper på grunn av mekanisk kontakt ved berøring i form av kontakt, slag og gnisning mellom stavelementene både mellom naboceller av slike pentagonale tensegrity-grunnelementer og / eller heksagonale tensegrity-grunnelementer (500) på grunn av mekanisk gjensidig kontakt mellom stavelementene (1). Retningen av de diagonalt anordnede kompressive delene kan endres for å unngå uønskede kryssende retninger mellom to tilstøtende celler, men en tredje celle som eventuelt skulle settes inn ved de to første cellene kan ikke klare å tilfredsstille retningene av begge de to første cellene samtidig. Denne samme typen av utilstrekkelighet er illustrert i Fig. 6 for å sette sammen naboer av trestavers tensegrity-grunnelementer (200) i henhold til Snelson sitt US-patent 3169611 som ble nevnt ovenfor.

En rekonfigurering av de nevnte heksagonale tensegrity-subelementene (31,32,33) med et generelt prismatisk omriss ble utført i henhold til Fig. 12a. De diagonalt anordnede stavelementene (1) i de seks sideflatene blir forbundet med hverandre ende mot ende i knutepunkter (112) anordnet vekselvis i den øvre og den nedre sekskant. De blir således anbrakt i et sagtanns- eller kronemønster. Denne strukturen er ikke stabil i seg selv. Disse tensegrity-subelementene (31,32, 33) kan man forestille seg gjentatt langs en retning parallell med og mellom de heksagonale flatene (og ved samtidig å fjerne dobling av stavelementer som måtte oppstå på grunn av gjentakelsene). Således vil øvre knutepunkter (52) forbinde tre kompressive delers (1) øvre ender (112), og nedre knutepunkter (51) forbinde tre kompressive delers (1) nedre ender (113).

Ifølge oppfinnelsen definerer vi den nye kombinerte heksagonale grunncellen (600) ved å kombinere tre slike gjentatte mønster av det grunnleggende tensegrity-elementet eller subceller (31, 32, 33) kombinert for å danne en eller flere heksagonale strukturer.

De tre subceller (31,32, 33) omfatter seks stenger (11) anordnet med en første (øvre) ende av et neste stavelement (11) inntil en andre nedre ende av et første stavelement (11) som første (nedre knutepunkter (51), og andre (øvre) knutepunkter (52) som til sammen danner en heksagonal ring, som vist i Fig. 11 og forklart ovenfor. Hver annen node (51,52) er anordnet i et første eller "nedre" eller "innovervendende" heksagonalt plan (41) og et andre eller "øvre" eller "utovervendende" heksagonalt plan (42) respektive, og danner et ringformet sagtannsmønster. Hver slik heksagonal grunncelle kan så utvides til hvilken som helst side for å forme et mønster av triangulære, rettvendte og omvendte åpne pyramider (uten volum) med skrå sidekanter dannet av disse kompressive elementene.

De tre mønstrene som omfatter subceller (31,32,33) er så forskjøvet relativt hverandre langs de øvre og nedre planene (41,42) med en halvbredde av subcellen, subcellen (32) i retning av en første heksagonal side av subcellen (31) og subcellen (33) i retning av en andre heksagonale side av en subcelle (31). På denne måten blir et første (nedre) knutepunkt (5bi) av subcellen (32) plassert mellom de tre første (nedre) knutepunktene (Sl32) og mellom de tre andre (nedre) knutepunktene (5133) i det første, nedre planet (41) i den første subcellen (31). Et andre (øvre) knutepunkt (52) er plassert mellom de tre første (øvre) knutepunktene og de tre andre (øvre)knutepunktene i det andre (øvre) planet (42) i subcellen (32).

Nodene (51) i det første (nedre) planet er forbundet ved første strekkelementer (21) til hver av seks nabonoder (51) i det første (nedre) planet (41).

Nodene (52) i det andre (øvre) planet er forbundet ved første strekkelementer (21) til hver av seks nabonoder (52) i det (øvre) andre planet (42). Dette fullstendiggjør strekkforbindelsene langs de heksagonale planene.

Nodene (51) er også forbundet med andre strekkelementer (22) anordnet i en retning perpendikulært mellom de første (nedre) og andre (øvre) planene (41,42) til samsvarende noder (52) i det andre planet (42). Denne retningen kan kalles "vertikal" i Fig. 12 og Fig. 13 A, B, og C, og fullstendiggjør forbindelsen av noder i den "nedre" eller "innovervendende" heksagonale panelmønsteret med noder i det "ytre" eller "utovervendende" heksagonale panelmønsteret.

Et formål med den ovenfor nevnte strukturen er å danne en statisk elementær tensegritystruktur. Denne strukturen kan også innrettes til å endre sin form, størrelse eller begge deler, ved å endre lengden av strekkelementer (2) eller kompressive stavelementer (1).

Fig. 13B og Fig. 13C illustrerer henholdsvis den ovennevnte nye kombinerte grunnleggende heksagonale tensegritycellen (600) når lengden av de vertikale strekkelementene (4) har blitt forkortet se Fig. 13B,(eller forlenget, se Fig. 13C) og lengden av de horisontale strekkelementene (5) har blitt forlenget (elter forkortet) for å gi denne flate og brede, se Fig. 13B, (eller høye og slanke, se Fig. 13C,) formen.

Denne nye kombinerte grunnleggende heksagonale tensegritycellen (600) kan benyttes på flere måter for å danne de tredimensjonale strukturene (101). Fig. 14 illustrerer syv slike sammenkoblede grunnleggende heksagonale tensegrityceller (600) koblet sammen side mot side. Dette kunne for eksempel være syv store av de nevnte store fiskemerder (0) koblet sammen, eller en stor slik fiskemerd (0), eller kun en del av et større fagverksmønster i en rørformet struktur (74) eller lignende. Fig. 15 viser en enkelt ny kombinert grunnleggende heksagonal tensegritycelle (600) brukt som den nevnte fiskemerden (0) og spenner ut noten (90). Fig. 16 viser en mulig slik rørformet struktur (74) laget sammenkoblede nye grunnleggende kombinerte tensegrityceller. Fig. 17 viser en annen rørformet struktur (103) hvor veggen er dannet ved slike grunnleggende heksagonale tensegrityceller (600). Fig. 18 viser noen konsepttegninger av de sammenkoblede strukturene (105). Illustrasjonene viser hvorledes strukturene kan komprimeres eller deformeres når de forflyttes. Fig. 19 viser et grunnleggende tensegrity-element (111) ifølge Passera og Pedretti definert som en oktahedralcelle (700). Oktahedralcellen (700) omfatter fem av de nevnte kompressive eller stav-delene (1), fire av dem koblet i knutepunkter (112) for å danne et kvadrat eller rektangulært formet område. Dette området kan være en impermeabel overflate eller en not (90). Den femte kompressive delen eller staven (1) er koblet ved hjelp av åtte strekkelementer (2) på en slik måte at den holdes ortogonal i forhold til området som spennes ut av de ovenfor nevnte kompressive delene (1).

Den beskrevne oktahedralcellen (700) brukes som det grunnleggende tensegrity-elementet (111) i den ringformede strukturen (102). vi har foreslått to måter å koble sammen denne oktrahedrale cellen (700) med dens naboelementer for å danne den ringformede strukturen (102). Fig. 20 illustrerer hvordan to slike oktahedrale celler (700) kan være koblet sammen ved to av koblingene (80) og to strekkdeler (2). en koordinert regulering av lengden og strekkspenningen i de to strekkelementene (2) ville få de to naboelementene til å bevege seg og endre posisjon i forhold til hverandre. Dette kan utnyttes for form, bevegelse, vibrasjon og stivhetsregulering av den ringformede strukturen (102). denne ringformede strukturen (102) vil bare være i stand til å endre form i horisontalplanet på grunn av bruken av de to forbindelsene (80) mellom nabo-oktahedralcellene (700). En illustrasjon av en slik ringformet struktur (102) koblet sammen som i

Fig. 20 kan sees ovenfra i Fig. 22.

Fig. 21 illustrerer en annen måte å koble sammen de to oktahedrale cellene (700), nå med en slik kobling (80) og fire slike strekkdeler (2). Dette gir muligheten til å regulere form, bevegelse, vibrasjoner og stivhet både horisontalt og vertikalt i en langstrakt eller ringformet struktur dannet av slike oktahedrale celler. En illustrasjon av den ringformede strukturen er vist i Fig. 23.

Claims (27)

1. En marin struktur for en fiskemerd (0) for akvakultur, med en not (90) spent ut av en tensegrity-struktur omfattende stavelementer (1) og strekkelementer (2).

2. Den marine strukturen ifølge krav 1, hvor tensegrity-strukturen omfatter en eller flere heksagonale sylindriske grunnceller (3).

3. Den marine strukturen ifølge krav 1, hvor tensegrity-strukturen danner en fleksibel ring (70) innrettet til å anordnes nær sjøoverflaten eller under sjøens overflate, for å spenne ut noten (90) nedsenket i sjøen under ringen (70) for å omslutte et antall fisk.

4. Den marine strukturen ifølge krav 1, hvor tensegrity-strukturen danner en fleksibel halvkule (72) som spenner ut noten (90), hvor halvkulen er innrettet til helt eller delvis å omslutte fisken.

5. Den marine strukturen ifølge krav 1, hvor tensegrity-strukturen danner en fleksibel og lukket, fortrinnsvis rørformet struktur (74) som spenner ut noten (90).

6. Den marine strukturen ifølge krav 1, hvor tensegrity-strukturen er innrettet til å endres i form ved å justere spenningen eller lengden av strekkelementene (2).

7. Den marine strukturen ifølge krav 1, hvor strekkelementene (2) er vaiere, tau eller tilsvarende.

8. Den marine strukturen ifølge krav 6, hvor strekkelementene (2) er innrettet til å justeres ved hjelp av lineære aktuatorer (25) eller vinsjer (26).

9. Den marine strukturen ifølge krav 7, hvor lineære aktuatorer (25) og / eller vinsjer (26) er anordnet for spenning/trekking eller å gi ut slakk i strekkelementene (2).

10. Den marine strukturen ifølge krav 9, hvor aktuatorene (25) og / eller vinsjene (26) er anordnet inne i, på eller omkring stavelementene (1).

11. Den marine strukturen ifølge krav 9, hvor aktuatorene (25) og / eller vinsjene (26) er anordnet i avstand fra stavelementene (1).

12. Den marine strukturen ifølge krav 1, hvor stavelementene (1) er staver, stenger, rør eller tilsvarende elementer.

13. Den marine strukturen ifølge krav 1, hvor tensegrity-strukturen er innrettet til å endres i form ved å justere lengdene av stavelementene (1).

14. Den marine strukturen ifølge krav 13, hvor justeringen av lengden av stavelementene (1) utføres ved bruk av hydrauliske eller pneumatiske stempler eller lineære aktuatorer som benytter motorer.

15. Den marine strukturen ifølge krav 8, med et første reguleringssystem (75) for å motta sensorsignaler (760) fra første sensorer (76) innrettet til å avføle strekk-krefter og utstrukket lengde av strekkelementer (2), og for å gi ut pådragssignaler (750) til aktuatorene (25,26) for å endre spenningen og / eller endre lengden av strekkelementene (2).

16. Den marine strukturen ifølge krav 15, hvor det første reguleringssystemet (75) er innrettet til å beregne formen for noen av eller alle grunnelementene (600,700) og således den overordnede form og størrelse av hele fiskemerden (0,70,72,74).

17. Den marine strukturen ifølge krav 16, hvor det første reguleringssystemet er innrettet for å motta målinger av belastninger fra omgivelsene, så som vindretning, vindhastighet, bølgeretninger, sjøtilstand, strømretning og strømhastighet, hvor reguleringssystemet (75) derpå beregner hvordan lengdene av spesifikke strekkelementer må endre lengde for å oppnå å endre den overordnede formen av fiskemerden (0,70,72,74) til en ønsket ny form.

18. Den marine strukturen ifølge krav 17, hvor det første reguleringssystemet (75) er innrettet til å motta kommandosignaler (780) fra et operatørbetjent kommandoinnmatingskonsoll (78) om hvordan den overordnede formen av fiskemerden skal bli eller endres.

19. Den marine strukturen ifølge krav 17, hvor det første reguleringssystemet (75) er innrettet for å gi pådragssignalene (750) til andre reguleringssystemer (85) tilegnet for at spesifikke celler av tensegrity-elementer skal endre sin form slik at de cellene skal tilpasses den overordnede ønskede formen, hvor aktuatorene (25,26) som mottar pådragssignalene (750) for å endre deres strekk-krefter eller utstrekningslengde, hvor de andre reguleringssystemene (85) er innrettet til å motta sensorsignalene (760) fra første sensorer (76) innrettet for avføling av strekk-krefter i strekkelementer (2), og også for å avføle den aktuelle lengden av utstrekning av strekkelementene (2), hvor de andre reguleringssystemene (85) er innrettet for å gi pådragssignaler lokalt til aktuatorer (25,26) i den hensikt at tensegrityelementene skal oppnå den form eller størrelsen som har blitt gitt som pådrag fra det overordnede første reguleringssystemet (75).

20. Den marine strukturen ifølge krav 15, hvor sensorsignalene og kommandosignalene (750, 760) sendes som akustiske, radio, optiske eller elektriske signaler gjennom vannet eller gjennom signalledere i strekkelementene (2) og / eller stavelementene (1).

21. Den marine strukturen ifølge krav 2, ytterligere omfattende en tensegrity-struktur av stavelementer (1) og strekkelementer (2) omfattende første, andre og tredje grunnceller (31,32,33) kombinert til å danne en eller flere heksagonale strukturer (600), hvor grunncellene (32,32,33) omfatter seks staver (11) anordnet med en første ende (111) av et neste stavelement (11) inntilJn andre ende (112) av et første kompressive element (11) som første og andre noder (51,52) som-tianner en heksagonal ring; hvor annenhvér~node (51,52) er anordnet i henholdsvis et første plan (41) og et andre plan (42) og danner et ringformet sagtannsmønster; hvor de tre grunncWlene (31,32,33) er forskjøvet i forhold til hverandre langs planene (41, 42) med en halv bredde av den grunnleggende cellen; hvor en første node (51) av den grunnleggende cellen (32) er plassert mellom de tre første nodene (51) i det første planet (41) av den første grunncellen (31), og hvor en andre node (52) er plassert mellom de tre første nodene (52) i det andre planet i den første grunncellen (31); hvor nodene (51) i det første planet er forbundet med første strekkelementer (21) til hver av seks nabonoder (51) i det første planet (41); og hvor nodene (52) i det andre planet er forbundet med andre strekkelementer (21) til hver av seks nabonoder (52) i det andre planet (42); hvor nodene (51) er forbundet med andre strekkelementer (22) anordnet i en retning perpendikulært mellom det første og det andre planet (41,42) til tilsvarende noder (52) i det andre planet; slik at strukturen er innrettet til å endre sin form eller størrelse ved å endre lengden av strekkelementene (2) eller stavelementene (1).

22. Den marine strukturen ifølge krav 1, hvor tensegrity-strukturen omfatter oktahedrale grunnceller (700) omfattende fire første stavelementer (1) anordnet i et firkantet mønster som danner generelt et plan, og et andre stavelement (1) generelt normalt på det nevnte planet og gjennom firkanten, og forbinde en første ende av det andre stavelementet (1) ved å bruke fire første strekkelementer (2) som strekker seg til de fire hjørnene av firkanten, og forbinde en andre, motsatte ende av det andre stavelementet (1) også ved bruk av fire andre strekkelementer (2) som strekker seg til de fire hjørnene av firkanten.

23. Den marine strukturen ifølge krav 22, hvor firkanten spenner ut en not (90) eller en del av noten (90).

24. Den marine strukturen ifølge krav 22, hvor de oktahedrale cellene er kombinert til en fleksibel deformerbar ring (70) ved å la et sidestavelement (1) av firkanten av en oktahedral celle danne et tilstøtende sidestavelement (1) av en tilstøtende firkant av en tilstøtende oktahedral celle (700), og forbinde de første endene av de andre stavelementene (1) ved hjelp av et tredje strekkelement (2) for å regulere den relative orienteringen av de andre stavelementene (1) og derved den relative orienteringen av de forbundne firkantene.

25. Den marine strukturen ifølge krav 22, hvor de oktahedrale cellene er kombinert til en fleksibel deformerbar ring (70) ved å forbinde et hjørne av firkanten i en oktahedral celle med et tilstøtende hjørne av en tilstøtende firkant av en oktahedral celle (700), og forbinde de første endene av de andre stavelementene (1) ved hjelp av et tredje strekkelement (2) for å regulere den relative orienteringen av de andre stavelementene (1) og således den relative orienteringen av de forbundne firkantene.

26. En fremgangsmåte for å endre form på en marin struktur som en fiskemerd (0) med en not (90) utspent av en tensegrity-struktur, dvs. En struktur som omfatter stavelementer (1) og strekkelementer (2), hvor metoden omfatter de følgende trinn:<*> å benytte et første reguleringssystem (75) for å motta sensorsignaler (760) fra første sensorer (76) for å måle strekk-krefter og utstrekningslengde av strekkelementene (2),<*> hvor det første reguleringssystemet (75) benytter sensorsignalene (760) og størrelsen av stavelementene (1) for å beregne formen av alle grunnelementene (600,700), og således en overordnet tilstedeværende form og en ønsket ny form og størrelse for hele fiskemerden (0,70,72,74),<*> hvor reguleringssystemet (75) forsyner reguleringssystemer (750) til aktuatorer (25,26) for å endre spenningen og / eller endre lengden av strekkelementene (2), i den hensikt å endre den overordnede formen av fiskemerden (0,70,72,74) til den ønskede nye formen.

27. En fremgangsmåte ifølge krav 26, hvor det første reguleringssystemet (75) er innrettet til å motta målinger av ytre miljølaster som vindretning, bølgeretninger, sjøtilstand, strømretning og strømhastighet, for å beregne hvordan lengdene av spesifikke strekkelementer bør endre lengde for å endre den helhetlige formen for fiskemerden (0,70,72,74) til en ønsket ny form.