Могут ли будущие здания быть сделаны из кости и яичной скорлупы?

Могут ли будущие здания быть сделаны из кости и яичной скорлупы?

Как мир борется с изменения климатаНам необходимо срочно найти пути сокращения выбросов CO₂. Секторы, которые сильно зависят от ископаемого топлива, такие как энергия и авиацияобычно считаются худшими преступниками. Но большинство людей не осознают, что есть еще один преступник, скрывающийся на виду; на улицах наших городов и в зданиях, где мы живем и работаем.

Только в 2007 сталь и бетон были ответственны за большее количество выбросов CO₂, чем вся мировая авиационная отрасль. Прежде чем попасть на строительную площадку, сталь и цемент должны быть обработаны при очень высоких температурах - и это требует много энергии. Итак, как мы можем уменьшить нашу зависимость от этих «грязных» материалов, когда они играют столь важную роль в строительстве?

Одним из вариантов является использование натуральных материалов, таких как дерево. Люди строили из дерева для тысячи лети деревянные конструкции в настоящее время переживает небольшое возрождение - отчасти потому, что это дешевый и устойчивый материал.

Но есть некоторые недостатки строительства из дерева; материал может деформироваться во влажных условиях и подвержен атакам вредителей, таких как термиты. И хотя природные материалы, такие как дерево, привлекательны с экологической точки зрения, они могут быть неудовлетворительными для инженеров, которые могут захотеть изготовить компоненты определенной формы или размера.

Копирование жизни

Так что, если вместо использования природных материалов такими, какими мы их находим, мы создаем новые материалы, вдохновленные природой? Эта идея начала набирать обороты в исследовательском сообществе в 1970 и действительно взорвалась в 1990 с развитием нанотехнологии и методы нанопроизводства, Сегодня он составляет основу новой области научных исследований: «биомиметика» - буквально «копирование жизни».

Биологические клетки часто называют «строительные блоки жизни», Потому что они являются наименьшими единицами живой материи. Но создать многоклеточный организм, как вы или я, клетки должны собираться вместе с опорной конструкцией для формирования биологических материалов мы сделаны, тканей, таких как кости, хрящи и мышцы. Это такие материалы, к которым ученые, заинтересованные в биомиметике, обратились за вдохновением.

Чтобы создавать биомиметические материалы, нам необходимо глубоко понимать, как работают натуральные материалы. Мы знаем, что натуральные материалы также являются «композитами»: они состоят из множества различных базовых материалов, каждый из которых имеет свои свойства. Композитные материалы часто легче, чем однокомпонентные материалы, такие как металлы, и при этом все еще обладают желаемыми свойствами, такими как жесткость, прочность и ударная вязкость.


Получите последние новости от InnerSelf


Изготовление биомиметических материалов

Инженеры по материалам потратили десятилетия, измеряя состав, структуру и свойства природных материалов, таких как кости и яичная скорлупа, поэтому теперь мы хорошо понимаем их характеристики.

Например, мы знаем, что кость состоит из гидратированного белка и минерала в почти равных пропорциях. Минерал придает жесткость и твердость, в то время как белок придает прочность и устойчивость к разрушению. Хотя кости могут сломаться, это относительно редко, и они имеют преимущество самозаживление - еще одна особенность, которую инженеры пытаются привнести в биомиметические материалы.

Как и кость, яичная скорлупа является композитным материалом, но она содержит около 95% минерала и только 5% гидратированного белка. Но даже этого небольшого количества белка достаточно, чтобы сделать яичную скорлупу очень жесткой, учитывая ее тонкость - как заметили бы большинство поваров на завтрак. Следующая задача - превратить эти знания во что-то твердое.

Есть два способа имитировать натуральные материалы. Либо вы можете имитировать состав самого материала, либо вы можете скопировать процесс изготовления материала. Поскольку натуральные материалы производятся живыми существами, в этих методах нет высоких температур. Таким образом, биомиметические материалы - назовем их «нео-кость» и «нео-яичная скорлупа» - потребляют гораздо меньше энергии, чем сталь или бетон.

В лаборатории нам удалось сделать образцы в сантиметровом масштабе нео-кости. Мы делаем это, готовя различные растворы белка с компонентами, которые делают костный минерал. Затем из этих растворов осаждается композитный неокостный материал биомиметическим способом при температуре тела. Нет причин, по которым этот процесс - или его улучшенную, более быструю версию - нельзя было бы расширить до промышленного уровня.

Конечно, сталь и бетон есть везде, поэтому то, как мы проектируем и строим здания, оптимизировано для этих материалов. Чтобы начать использовать биомиметические материалы в больших масштабах, нам необходимо полностью пересмотреть наши строительные нормы и стандарты для строительных материалов. Но тогда, если мы хотим строить города будущего устойчивым образом, возможно, серьезное переосмысление именно то, что нужно. Наука все еще находится в зачаточном состоянии, но это не значит, что мы не можем мечтать о будущем.

Об авторе

Мишель Ойен, читатель в области биоинженерии, Кембриджский университет

Эта статья первоначально появилась на разговоре

Книги по этой теме

Жизнь после углерода: следующая глобальная трансформация городов

by PЭт Пластрик, Джон Кливленд
1610918495Будущее наших городов не такое, как раньше. Модель современного города, которая получила широкое распространение в двадцатом веке, изжила себя. Он не может решить проблемы, которые он помог создать, особенно глобальное потепление. К счастью, в городах появляется новая модель развития городов, которая активно занимается реалиями изменения климата. Он трансформирует способы, которыми города проектируют и используют физическое пространство, генерируют экономическое богатство, потребляют и распоряжаются ресурсами, эксплуатируют и поддерживают природные экосистемы и готовятся к будущему. Доступно на Amazon

Шестое вымирание: неестественная история

Элизабет Колберт
1250062187За последние полмиллиарда лет произошло пять массовых вымираний, когда разнообразие жизни на земле внезапно и резко сократилось. Ученые всего мира в настоящее время отслеживают шестое вымирание, которое, согласно прогнозам, является самым разрушительным событием исчезновения со времени удара астероида, уничтожившего динозавров. На этот раз катаклизм - это мы. В прозе, которая одновременно откровенна, интересна и глубоко информирована, Житель Нью-Йорка писательница Элизабет Колберт рассказывает нам, почему и как люди изменили жизнь на планете так, как ни один вид не имел раньше. Переплетая исследования в полдюжине дисциплин, описания увлекательных видов, которые уже были утеряны, и историю вымирания как концепцию, Кольберт предоставляет движущий и всеобъемлющий отчет об исчезновениях, происходящих на наших глазах. Она показывает, что шестое вымирание, вероятно, будет самым длительным наследием человечества, заставляя нас переосмыслить фундаментальный вопрос о том, что значит быть человеком. Доступно на Amazon

Климатические войны: борьба за выживание в условиях перегрева мира

Гвинн Дайер
1851687181Волны климата беженцев. Десятки несостоявшихся государств. Тотальная война. От одного из величайших геополитических аналитиков мира исходит ужасающий взгляд на стратегические реалии ближайшего будущего, когда изменение климата подталкивает мировые державы к сквозной политике выживания. Пресный и непоколебимый, Климатические войны будет одной из самых важных книг в ближайшие годы. Прочитайте это и узнайте, к чему мы идем. Доступно на Amazon

От издателя:
Покупки на Amazon идут, чтобы покрыть стоимость привлечения вас InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ClimateImpactNews.com бесплатно и без рекламодателей, которые отслеживают ваши привычки просмотра. Даже если вы нажмете на ссылку, но не купите эти выбранные продукты, все остальное, что вы купите в этом же посещении Amazon, платит нам небольшую комиссию. Никаких дополнительных затрат для вас нет, поэтому, пожалуйста, внесите свой вклад. Вы также можете пройдите по этой ссылке использовать в Amazon в любое время, чтобы вы могли помочь поддержать наши усилия.

enafarZH-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

Следуйте за InnerSelf

facebook-значокTwitter-значокНовости-значок

Получить последнее по электронной почте

{Emailcloak = выкл}

ВНУТРЕННИЕ ГОЛОСЫ

САМОЕ ЧИТАЕМОЕ

Почему пицца так вкусна?
Почему пицца так вкусна
by Джеффри Миллер