Voisiko tulevaisuuden rakennuksia valmistaa luulla ja munankuorilla?

Voisiko tulevaisuuden rakennuksia valmistaa luulla ja munankuorilla?

Kun maailma kovaa ilmastonmuutos, meidän on kiireellisesti löydettävä tapoja vähentää hiilidioksidipäästöjämme. Alat, jotka luottavat suuresti fossiilisiin polttoaineisiin, kuten energia ja energia ilmailu, pidetään yleensä pahimpana rikoksentekijänä. Mutta mitä useimmat ihmiset eivät ymmärrä, on olemassa toinen syyllinen, joka piiloutuu näkyvään näkyyn; kaupunkiemme kaduilla ja rakennuksissa, joissa elämme ja työskentelemme.

Pelkästään 2007: ssä, teräs ja betoni molemmat olivat vastuussa enemmän hiilidioksidipäästöistä kuin koko maailman ilmailuteollisuus. Ennen rakennustyömaalle pääsyä sekä teräs että sementti on käsiteltävä erittäin korkeissa lämpötiloissa - ja tämä vie paljon energiaa. Joten miten voimme vähentää riippuvuuttamme näistä "likaisista" materiaaleista, kun niillä on niin tärkeä rooli rakentamisessa?

Yksi vaihtoehto on käyttää luonnollisia materiaaleja, kuten puuta. Ihmiset ovat rakentaneet puuta varten tuhansia vuosia, ja puurakenteet ovat tällä hetkellä pieni elpyminen - osittain siksi, että se on halpaa ja kestävää materiaalia.

Mutta on joitain haitat puurakentamisessa; materiaali voi vääntyä kosteissa olosuhteissa ja on alttiina tuholaisille, kuten termiiteille. Ja vaikka luonnonmateriaalit, kuten puu, ovat houkuttelevia ympäristön kannalta, ne voivat olla epätyydyttäviä insinööreille, jotka saattavat haluta tehdä komponentteja tietyn muodon tai koon.

Kopioi elämä

Joten entä jos valmistamme luonnollisia materiaaleja niiden löytämisen sijaan, luomme uusia materiaaleja, jotka ovat luonnon innoittamia? Tämä ajatus alkoi kiinnittyä 1970: n tutkimusyhteisöön ja räjähti todella 1990: ssä kehittäessään nanoteknologia ja nanokäsittelymenetelmät. Nykyään se muodostaa perustan uudelle tieteelliselle tutkimusalueelle: ”biomimeetit” - kirjaimellisesti ”elämän kopiointi”.

Biologisiin soluihin viitataan usein nimellä ”elämän rakennuspalikoita”, Koska ne ovat elävän aineen pienimmät yksiköt. Mutta sinä tai minä kaltaisen monisoluisen organismin luomiseksi solujen on ryppyjä yhdessä tukirakenteen kanssa, jotta muodostuu biologisia materiaaleja, joista olemme tehneet, kudoksiin, kuten luu, rusto ja lihakset. Se on tällainen materiaali, johon biomimetiikasta kiinnostuneet tutkijat ovat hakeneet inspiraatiota.

Biomimeettisten materiaalien valmistamiseksi meillä on oltava syvä ymmärrys siitä, miten luonnolliset materiaalit toimivat. Tiedämme, että luonnolliset materiaalit ovat myös ”komposiitteja”: ne on valmistettu useasta eri perusmateriaalista, joilla jokaisella on erilaiset ominaisuudet. Komposiittimateriaalit ovat usein kevyempiä kuin yksikomponenttimateriaalit, kuten metallit, mutta niillä on silti toivottavia ominaisuuksia, kuten jäykkyys, lujuus ja sitkeys.


Hanki viimeisin InnerSelfistä


Biomimeettisten materiaalien valmistus

Materiaalinsinöörit ovat vuosikymmenien ajan mitattaneet luonnollisten materiaalien, kuten luun ja munankuoren, koostumusta, rakennetta ja ominaisuuksia, joten meillä on nyt hyvä käsitys niiden ominaisuuksista.

Esimerkiksi, tiedämme, että luu koostuu hydratoidusta proteiinista ja mineraalista, melkein yhtä suuressa osassa. Mineraali antaa jäykkyyden ja kovuuden, kun taas proteiini antaa sitkeyttä ja murtumistenkestävyyttä. Vaikka luut voivat rikkoutua, se on suhteellisen harvinaista, ja niiden etuna on itsekorjautumiskokeille - toinen ominaisuus, jonka insinöörit yrittävät tuoda biomimeettisiin materiaaleihin.

Kuten luu, munankuori on komposiittimateriaali, mutta se on noin 95% mineraali ja vain 5% hydratoitu proteiini. Silti pieni määrä proteiinia riittää tekemään munankuoresta erittäin kovan, kun otetaan huomioon sen ohuus - kuten useimmat aamiaiskokit ovat huomanneet. Seuraava haaste on muuttaa tämä tieto jotain vankkaa.

Luonnollisia materiaaleja voi matkia kahdella tavalla. Voit joko jäljitellä itse materiaalin koostumusta tai kopioida prosessin, jolla materiaali on valmistettu. Koska luonnolliset materiaalit ovat elävien olentojen valmistamia, kumpaankaan näistä menetelmistä ei käytetä korkeita lämpötiloja. Sellaisenaan biomimeettiset materiaalit - kutsutaan niitä ”neo-luuksi” ja “neo-munankuoreksi” - vievät paljon vähemmän energiaa tuottamaan kuin teräs tai betoni.

Laboratoriossa olemme onnistuneet tekemään senttimetrinäytteet uusluu. Teemme tämän valmistamalla erilaisia ​​proteiiniliuoksia komponenteilla, jotka tekevät luusta mineraaleja. Yhdistetty neo-luumateriaali kerrostetaan sitten näistä liuoksista biomimeettisellä tavalla ruumiinlämpötilassa. Ei ole mitään syytä siihen, että tätä prosessia - tai sen parannettua, nopeampaa versiota - ei voitu skaalata teollisuustasolle.

Terästä ja betonia on tietysti kaikkialla, joten rakennusten suunnittelu ja rakentaminen on optimoitu näille materiaaleille. Jotta voimme aloittaa biomimeettisten materiaalien käytön laajassa mitassa, meidän on harkittava täysin rakennusmääräyksiämme ja rakennusmateriaalistandardejamme. Mutta sitten, jos haluamme rakentaa tulevia kaupunkeja kestävällä tavalla, ehkä suuri tarkistus on juuri se, mitä tarvitaan. Tiede on vielä alkuvaiheessa, mutta se ei tarkoita, että emme voi uneksia suurista tulevaisuudesta.

kirjailijasta

Michelle Oyen, bioinsinöörin lukija, Cambridgen yliopisto

Tämä artikkeli ilmestyi alun perin keskustelussa

Liittyvät kirjat

Elämä hiilen jälkeen: kaupunkien seuraava globaali muutos

by Peter Plastrik, John Cleveland
1610918495Kaupungiemme tulevaisuus ei ole se, mitä se oli aiemmin. Nykyaikainen kaupunki -malli, joka otettiin maailmanlaajuisesti käyttöön kahdennenkymmenennellä vuosisadalla, on ylittänyt sen hyödyllisyyden. Se ei voi ratkaista ongelmia, joita se auttoi luomaan - erityisesti ilmaston lämpenemistä. Onneksi kaupungeissa on tulossa uusi kaupunkikehitysmalli ilmastonmuutoksen todellisuuden torjumiseksi. Se muuttaa tapaa, jolla kaupungit suunnittelevat ja käyttävät fyysistä tilaa, tuottavat taloudellista vaurautta, kuluttavat ja hävittävät resursseja, hyödyntävät ja ylläpitävät luonnon ekosysteemejä ja valmistautuvat tulevaisuuteen. Saatavana Amazon

Kuudes sukupuutto: luonnoton historia

esittäjä (t): Elizabeth Kolbert
1250062187Viimeisten puolen miljardin vuoden aikana on tapahtunut viisi massiivista sukupuuttoa, kun maan monimuotoisuus yhtäkkiä ja dramaattisesti supistui. Tiedemiehet ympäri maailmaa valvovat kuudennen sukupuuttoon, ja ennustetaan olevan tuhoisin sukupuuttoon liittyvä tapahtuma, koska asteroidivaikutus, joka hävisi dinosaurukset. Tällä kertaa kataklysmi on meille. Proseissa, jotka ovat heti avoimia, viihdyttäviä ja syvästi informoituneita, Newyorkilainen kirjailija Elizabeth Kolbert kertoo, miksi ja miten ihminen on muuttanut elämää planeetalla tavalla, jota mikään laji ei ole ennen. Kolbert tarjoaa tutkimukselle puoli tusinaa tieteenaloja, kuvaukset kiehtovista lajeista, jotka ovat jo kadonneet, ja sukupuuton historiasta käsitteenä, Kolbert tarjoaa liikkuvan ja kattavan selvityksen katoamisistamme, jotka tapahtuvat silmiemme edessä. Hän osoittaa, että kuudes sukupuutto on todennäköisesti ihmiskunnan kestävin perintö, joka pakottaa meidät harkitsemaan uudelleen perustavanlaatuista kysymystä siitä, mitä tarkoittaa olla ihminen. Saatavana Amazon

Ilmaston sodat: taistelu selviytymisestä maailman ylikuumenemisena

esittäjä (t): Gwynne Dyer
1851687181Ilmasto-pakolaisten aallot. Kymmenet epäonnistuneet valtiot. Kaikki sota. Yhdestä maailman suurista geopoliittisista analyytikoista tulee kauhistuttava näkemys lähitulevaisuuden strategisista realiteeteista, kun ilmastonmuutos herättää maailman valtaa kohti kurkkumielisyyttä. Prescient ja unflinching, Ilmaston sodat on yksi tulevien vuosien tärkeimmistä kirjoista. Lue se ja selvitä, mitä olemme menossa. Saatavana Amazon

Julkaisijasta:
Ostot Amazon-palvelussa kulkevat sinut tuodakseen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ja ClimateImpactNews.com maksutta ja ilman mainostajia, jotka seuraavat seurantatapojasi. Vaikka napsautat linkkiä, mutta älä osta näitä valittuja tuotteita, kaikki muut, jotka ostat samassa Amazon-vierailussa, maksaa meille pienen palkkion. Sinulle ei aiheudu lisäkustannuksia, joten olkaa hyvä ja edistäkää työtä. Voit myös käytä tätä linkkiä käyttää Amazonia milloin tahansa, jotta voit auttaa tukemaan ponnisteluja.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

seuraa InnerSelfia

facebook-kuvakeTwitter-kuvakeRSS-kuvake

Hanki uusimmat sähköpostitse

{Emailcloak = off}

TOIMITTAJAT

Laskentapäivä on tullut GOP: lle
by Robert Jennings, InnerSelf.com
Republikaanien puolue ei ole enää Amerikkaa edistävä poliittinen puolue. Se on laiton pseudopoliittinen puolue, joka on täynnä radikaaleja ja reaktoreita ja jonka ilmoitettuna tavoitteena on häiritä, horjuttaa ja ...
Miksi Donald Trump voisi olla historian suurin häviäjä
by Robert Jennings, InnerSelf.com
Päivitetty 2. heinäkuuta 20020 - Tämä koko koronaviruspandemia maksaa omaisuuden, ehkä 2 tai 3 tai 4 omaisuutta, joiden koko on tuntematon. Ai niin, ja sadat tuhannet, ehkä miljoona ihmistä kuolee…
Sinisilmät vs ruskeat silmät: Kuinka rasismia opetetaan
by Marie T. Russell, InnerSelf
Tässä 1992 Oprah Show -jaksossa palkittu rasisminvastainen aktivisti ja kouluttaja Jane Elliott opetti yleisölle kovan opetuksen rasismista osoittamalla kuinka helppoa on oppia ennakkoluuloista.
Muutos on tulossa...
by Marie T. Russell, InnerSelf
(30. toukokuuta 2020) Kun seuraan Philadephian ja maan muiden kaupunkien tapahtumia koskevia uutisia, sydämeni särkee siitä, mikä on uutta. Tiedän, että tämä on osa suurempaa muutosta, joka tapahtuu…
Laulu voi nostaa sydäntä ja sielua
by Marie T. Russell, InnerSelf
Minulla on useita tapoja puhdistaa pimeys mielestäni, kun havaitsen sen olevan hiipinyt. Yksi on puutarhanhoito tai ajanvietto luonnossa. Toinen on hiljaisuus. Toinen tapa on lukeminen. Ja sellainen, joka…