Sebagai dunia bergulat dengan perubahan iklim, kita perlu segera mencari cara untuk mengurangkan CO kita? pelepasan. Sektor yang banyak bergantung kepada bahan api fosil, seperti tenaga dan penerbangan, biasanya dianggap sebagai pesalah terburuk. Tetapi apa yang kebanyakan orang tidak menyedari adalah ada pelakunya yang lain, bersembunyi dengan pandangan yang jelas; di jalan-jalan di bandar kami, dan di bangunan tempat kami tinggal dan bekerja.

Di 2007 sahaja, keluli dan konkrit adakah masing-masing bertanggungjawab untuk lebih banyak CO? pelepasan daripada keseluruhan industri penerbangan global. Sebelum sampai ke tapak pembinaan, kedua-dua keluli dan simen mesti diproses pada suhu yang sangat tinggi - dan ini memerlukan banyak tenaga. Jadi bagaimana kita boleh mengurangkan pergantungan kita pada bahan "kotor" ini, apabila ia memainkan peranan penting dalam pembinaan?

Satu pilihan ialah menggunakan bahan semula jadi, seperti kayu. Manusia telah membina dengan kayu beribu tahun, dan struktur kayu adalah kini mengalami kebangkitan semula kecil - sebahagiannya kerana ia adalah bahan yang murah dan mampan.

Tetapi ada beberapa keburukan untuk membina dengan kayu; bahan boleh meledingkan dalam keadaan yang lembap, dan mudah terserang oleh serangan perosak seperti rayap. Dan sementara bahan semula jadi, seperti kayu, menarik dari perspektif alam sekitar, mereka tidak dapat memuaskan para jurutera yang mungkin ingin membuat komponen dalam bentuk atau saiz tertentu.

Menyalin kehidupan

Jadi bagaimana jika, bukannya menggunakan bahan semulajadi seperti yang kita dapati, kita membuat bahan-bahan baru yang diilhamkan oleh alam semula jadi? Idea ini mula mendapat daya tarikan dalam komuniti penyelidikan di 1970s dan benar-benar meletup di 1990s, dengan perkembangan kaedah nanoteknologi dan nanofabrikasi. Hari ini, ia membentuk asas bidang penyelidikan saintifik yang baru iaitu "biomimetrik" - secara literal "menyalin kehidupan".

Sel biologi sering dirujuk sebagai "blok bangunan kehidupan", Kerana ia adalah unit terkecil hidup. Tetapi untuk mewujudkan organisma berbilang selular seperti anda atau saya, sel mesti bergumpal bersama dengan struktur sokongan untuk membentuk bahan biologi yang kita buat, tisu seperti tulang, tulang rawan, dan otot. Ia adalah bahan seperti ini, yang saintis yang berminat dalam biomimetika telah bertukar menjadi inspirasi.

Untuk membuat bahan-bahan biomimetri, kita perlu mempunyai pemahaman yang mendalam mengenai bagaimana bahan semula jadi berfungsi. Kita tahu bahawa bahan semula jadi juga "komposit": mereka diperbuat daripada pelbagai bahan asas yang berlainan, masing-masing dengan sifat yang berbeza. Bahan-bahan komposit selalunya lebih ringan daripada bahan-bahan komponen tunggal, seperti logam, sementara masih mempunyai sifat yang diinginkan seperti kekakuan, kekuatan dan kekuatan.

Membuat bahan biomimetik

Jurutera bahan telah menghabiskan beberapa dekad mengukur komposisi, struktur dan sifat bahan semulajadi seperti tulang dan kulit telur, jadi sekarang kita mempunyai pemahaman yang baik tentang ciri-ciri mereka.

Sebagai contoh, kita tahu bahawa tulang terdiri daripada protein terhidrat dan mineral, dalam perkadaran yang hampir sama. Mineral memberikan kekakuan dan kekerasan, sementara protein memberikan kekuatan dan ketahanan terhadap patah. Walaupun tulang boleh pecah, ia agak jarang, dan mereka mempunyai manfaat untuk menjadi penyembuhan diri - Satu lagi ciri yang cuba dibawa oleh jurutera kepada bahan biomimetik.

Seperti tulang, kulit telur adalah bahan komposit, tetapi ia adalah sekitar mineral 95 dan hanya protein hidrat 5. Namun begitu sedikit protein yang cukup untuk membuat kulit telur sangat sukar, mengingat penipisannya - kerana kebanyakan pemasak sarapan akan mendapati. Cabaran seterusnya adalah mengubah pengetahuan ini menjadi sesuatu yang kukuh.

Terdapat dua cara untuk meniru bahan semula jadi. Sama ada anda boleh meniru komposisi bahan itu sendiri, atau anda boleh menyalin proses dengan bahan itu dibuat. Oleh kerana bahan-bahan semula jadi dibuat oleh makhluk hidup, tidak ada suhu tinggi yang terlibat dalam salah satu kaedah ini. Oleh itu, bahan biomimetik - kita panggil mereka "neo-tulang" dan "neo-eggshell" - mengambil lebih banyak tenaga untuk menghasilkan daripada keluli atau konkrit.

Di makmal, kami telah berjaya membuat sampel skala sentimeter neo-bone. Kami melakukan ini dengan menyediakan penyelesaian protein yang berbeza dengan komponen yang membuat mineral tulang. Bahan neo-tulang komposit kemudian disimpan dari penyelesaian ini secara biomimetik pada suhu badan. Tidak ada sebab untuk proses ini - atau versi yang lebih pantas - tidak dapat ditingkatkan ke tahap perindustrian.

Sudah tentu, keluli dan konkrit ada di mana-mana, jadi cara kami merekabentuk dan membina bangunan dioptimumkan untuk bahan-bahan ini. Untuk mula menggunakan bahan biomimetik secara besar-besaran, kita perlu memikirkan semula kod bangunan dan piawaian untuk bahan binaan. Tetapi, jika kita mahu membina bandar-bandar di masa depan dengan cara yang mampan, mungkin pemikiran utama adalah apa yang diperlukan. Sains kini masih muda, tetapi itu tidak bermakna kita tidak boleh bermimpi besar tentang masa depan.