Kan toekomstige geboue met been en eierskappe gemaak word?

Kan toekomstige geboue met been en eierskappe gemaak word?

Soos die wêreld worstel met klimaatverandering, moet ons dringend maniere vind om ons CO₂-uitstoot te verminder. Sektore wat baie afhanklik is van fossielbrandstowwe, soos energie en lugvaart, word gereeld beskou as die ergste oortreders. Maar wat die meeste mense nie besef nie, is dat daar 'n ander skuldige is wat wegkruip; op die strate van ons stede en in die geboue waar ons woon en werk.

In 2007 alleen, staal en beton was elkeen verantwoordelik vir meer CO₂-uitstoot as die hele wêreldlugvaartbedryf. Voordat u die bouperseel bereik, moet beide staal en sement by baie hoë temperature verwerk word - en dit neem baie energie in. Hoe kan ons dus ons afhanklikheid van hierdie “vuil” materiale verminder as dit so 'n belangrike rol speel in die konstruksie?

Een opsie is om natuurlike materiale, soos hout, te gebruik. Mense bou al met hout duisende jareen houtstrukture is tans 'n geringe herlewing - deels omdat dit 'n goedkoop en volhoubare materiaal is.

Maar daar is 'n paar nadele verbonde aan die bou van hout; die materiaal kan in vogtige toestande skeefloop en is vatbaar vir aanvalle deur plae soos termiete. En hoewel natuurlike materiale, soos hout, vanuit 'n omgewingsperspektief aantreklik is, kan dit onbevredigend wees vir ingenieurs wat komponente in 'n spesifieke vorm of grootte wil vervaardig.

Die lewe kopieer

Dus, wat as ons, in plaas van om natuurlike materiale te gebruik soos ons dit vind, nuwe materiale maak wat deur die natuur geïnspireer is? Hierdie idee het traksie in die navorsingsgemeenskap in die 1970's begin kry en het in die 1990's regtig ontplof, met die ontwikkeling van nanotegnologie en nanofabrikasie metodes. Vandag vorm dit die basis van 'n nuwe veld van wetenskaplike navorsing, naamlik 'biomimetika' - letterlik 'kopiëring van die lewe'.

Daar word dikwels na biologiese selle verwys as “die boustene van die lewe”, Omdat dit die kleinste eenhede van lewende materie is. Maar om 'n multi-sellulêre organisme soos u of ek te skep, moet selle saamsmelt met 'n ondersteuningstruktuur om die biologiese materiale te vorm waaruit ons bestaan, weefsels soos been, kraakbeen en spiere. Dit is materiale soos hierdie waarna wetenskaplikes wat in biomimetika belangstel, hulle inspireer.

Om biomimetiese materiale te maak, moet ons 'n diepgaande begrip hê van hoe natuurlike materiale werk. Ons weet dat natuurlike materiale ook 'komposiete' is: hulle bestaan ​​uit verskillende basismateriaal, elk met verskillende eienskappe. Saamgestelde materiale is dikwels ligter as enkelkomponentmateriale, soos metale, terwyl dit steeds wenslike eienskappe het soos styfheid, sterkte en taaiheid.


Kry die nuutste van InnerSelf


Die maak van biomimetiese materiale

Materiaalingenieurs bestee dekades lank die samestelling, struktuur en eienskappe van natuurlike materiale soos been en eierdop, sodat ons nou 'n goeie begrip het van hul eienskappe.

Ons weet byvoorbeeld dat been bestaan ​​uit gehidreerde proteïne en minerale, in byna eweredige verhoudings. Die mineraal verleen styfheid en hardheid, terwyl die proteïen taaiheid en breukweerstand verleen. Alhoewel bene kan breek, is dit relatief skaars, en hulle het die voordeel om dit te wees self-genesing - Nog 'n funksie wat ingenieurs probeer om biomimetiese materiale te bring.

Soos been, is eierdop 'n saamgestelde materiaal, maar dit is ongeveer 95% mineraal en slegs 5% gehidreerde proteïene. Maar selfs die klein hoeveelheid proteïene is voldoende om die eierdop baie taai te maak, agv die dunheid daarvan - soos die meeste ontbytkokke al agtergekom het. Die volgende uitdaging is om hierdie kennis te omskep in iets vaste.

Daar is twee maniere om natuurlike materiale na te boots. Of u kan die samestelling van die materiaal self naboots, of u kan die proses waardeur die materiaal gemaak is, kopieer. Aangesien natuurlike materiale deur lewende wesens vervaardig word, is daar geen hoë temperature by een van hierdie metodes betrokke nie. As sodanig neem biomimetiese materiale - ons noem dit 'neo-been' en 'neo-eierdop' baie minder energie om te produseer as staal of beton.

In die laboratorium het ons daarin geslaag om te maak monsters van sentimeter van neo-been. Ons doen dit deur verskillende proteïenoplossings voor te berei met die komponente wat been minerale maak. 'N Saamgestelde neo-botmateriaal word dan op 'n biomimetiese manier by liggaamstemperatuur uit hierdie oplossings neergesit. Daar is geen rede dat hierdie proses - of 'n verbeterde, vinniger weergawe daarvan - nie op industriële vlak opgeskaal kon word nie.

Natuurlik is staal en beton oral, so die manier waarop ons geboue ontwerp en konstrueer, is optimaal vir hierdie materiale. Om biomimetiese materiale op groot skaal te begin gebruik, moet ons ons boukodes en standaarde vir konstruksiemateriaal volledig heroorweeg. Maar dan, as ons toekomstige stede op 'n volhoubare manier wil bou, is dit miskien presies wat nodig is. Die wetenskap is nog in sy kinderskoene, maar dit beteken nie dat ons nie oor die toekoms kan droom nie.

Oor die skrywer

Michelle Oyen, leser in bio-ingenieurswese, Universiteit van Cambridge

Hierdie artikel het oorspronklik verskyn op Die gesprek

verwante Boeke

Lewe Na Koolstof: Die Volgende Globale Transformasie Van Stede

by Peter Plastrik, John Cleveland
1610918495Die toekoms van ons stede is nie wat dit was nie. Die moderne stadsmodel wat wêreldwyd in die twintigste eeu gehou het, het sy nut oorleef. Dit kan nie die probleme oplos wat dit gehelp het om te skep nie - veral aardverwarming. Gelukkig kom 'n nuwe model vir stedelike ontwikkeling in stede om die realiteite van klimaatsverandering aggressief aan te pak. Dit verander die manier waarop stede ontwerp en gebruik maak van fisiese ruimte, ekonomiese welvaart genereer, verbruik, beskik oor hulpbronne, die natuurlike ekosisteme uitbuit en onderhou en voorberei vir die toekoms. Beskikbaar op Amazon

Die sesde uitwissing: 'n onnatuurlike geskiedenis

deur Elizabeth Kolbert
1250062187Oor die laaste half miljard jaar was daar vyf massa-uitsterwings, toe die verskeidenheid van lewe op aarde skielik en dramaties gekontrakteer is. Wetenskaplikes regoor die wêreld monitor tans die sesde uitsterwing, wat voorspel word dat dit die verwoestende uitsterfgeleentheid is sedert die asteroïde-impak wat die dinosourusse uitgewis het. Hierdie keer is die rampe ons. In prosa wat dadelik eerlik, onderhoudend en diep ingelig is, New Yorker skrywer Elizabeth Kolbert vertel ons hoekom en hoe mense die lewe op die planeet verander het op 'n manier wat geen spesie voorheen gehad het nie. Interweaving navorsing in 'n halfdosyn dissiplines, beskrywings van die fassinerende spesies wat reeds verlore gegaan het en die geskiedenis van uitwissing as 'n konsep, Kolbert bied 'n bewegende en omvattende verslag van die verdwynings wat voor ons oë voorkom. Sy wys dat die sesde uitsterwing waarskynlik die mens se mees blywende nalatenskap is, en dwing ons om die fundamentele vraag oor wat dit beteken om mens te wees, te heroorweeg. Beskikbaar op Amazon

Klimaat Oorloë: Die Stryd vir Oorlewing as die Wêreld Oorverhitte

deur Gwynne Dyer
1851687181Golwe van klimaatvlugtelinge. Dekades van mislukte state. All-out oorlog. Van een van die wêreld se groot geopolitieke ontleders kom 'n skrikwekkende blik op die strategiese realiteite van die nabye toekoms, wanneer klimaatsverandering die wêreld se magte dryf na die knippie-politiek van oorlewing. Prescient and unflinching, Klimaat Oorloë sal een van die belangrikste boeke van die komende jaar wees. Lees dit en vind uit waarna ons op pad is. Beskikbaar op Amazon

Van Die Uitgewer:
Aankope op Amazon gaan die koste om u te bring, te dek InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, en ClimateImpactNews.com gratis en sonder adverteerders wat jou blaaitoontjies dop. Selfs as jy op 'n skakel klik, maar nie hierdie geselekteerde produkte koop nie, enigiets anders wat jy in dieselfde besoek op Amazon koop, betaal ons 'n klein kommissie. Daar is geen bykomende koste vir u nie, dus dra by tot die moeite. Jy kan ook gebruik hierdie skakel Om te enige tyd vir Amazon te gebruik, sodat u ons pogings kan ondersteun.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

volg InnerSelf op

Facebook-ikoonTwitter-ikoonrss-ikoon

Kry die nuutste per e-pos

Emailcloak = {af}