Dünyayla boğuşurken iklim değişikliğiCO2'mizi azaltmanın yollarını acilen mi bulmamız gerekiyor? emisyonlar. Enerji ve enerji gibi fosil yakıtlara büyük ölçüde bağımlı olan sektörler havacılık, genellikle en kötü suçlu olarak tutulur. Fakat çoğu insanın anlamadığı şey ise, görünürde saklanan başka bir suçlu olduğunu; şehirlerimizin sokaklarında ve yaşadığımız ve çalıştığımız binalarda.

Sadece 2007’te, çelik ve beton her biri daha fazla CO2'den mi sorumluydu? emisyonları tüm küresel havacılık endüstrisinden daha fazla. İnşaat sahasına ulaşmadan önce hem çeliğin hem de çimentonun çok yüksek sıcaklıklarda işlenmesi gerekir ve bu da çok fazla enerji gerektirir. Peki inşaatta bu kadar önemli bir rol oynayan bu “kirli” malzemelere olan bağımlılığımızı nasıl azaltabiliriz?

Bir seçenek ahşap gibi doğal malzemeler kullanmaktır. İnsanlar için ahşap ile inşa edilmiştir binlerce yılve ahşap yapılar şu anda küçük bir canlanma yaşanıyor - kısmen çünkü ucuz ve sürdürülebilir bir malzeme.

Ama bazı var ahşap ile bina dezavantajları; Materyal nemli koşullarda çözülebilir ve termitler gibi zararlı böceklerin saldırısına açıktır. Ahşap gibi doğal malzemeler çevresel açıdan çekici olsa da, bileşenleri belirli bir biçimde veya boyutta yapmak isteyen mühendisler için tatmin edici olmayabilir.

Hayat kopyalama

Peki ya bulduğumuz doğal malzemeleri kullanmak yerine, doğadan ilham alan yeni malzemeler üretersek? Bu fikir, 1970’lardaki araştırma topluluğunda çekişme kazanmaya başladı ve 1990’lerin geliştirilmesiyle gerçekten patladı. nanoteknoloji ve nanofabrikasyon yöntemleri. Bugün, yeni bir bilimsel araştırma alanının temelini oluşturmaktadır: yani, “biyomimetik” - kelimenin tam anlamıyla “hayatı kopyalamak”.

Biyolojik hücreler genellikle “hayatın yapı taşları“Çünkü onlar en küçük canlı maddesi. Ancak, siz ve benim gibi çok hücreli bir organizma oluşturmak için hücreler, yaptığımız biyolojik malzemeleri, kemik, kıkırdak ve kas gibi dokulardan oluşan bir destek yapısı ile birlikte kümelenmelidir. Biyomimetriye ilgi duyan bilim adamlarının ilham almak için başvurdukları, bunun gibi malzemeler.

Biyomimetik malzemeler yapmak için, doğal malzemelerin nasıl çalıştığını derinlemesine anlamamız gerekir. Doğal malzemelerin de “kompozitler” olduğunu biliyoruz: her biri farklı özelliklere sahip olan çok sayıda farklı baz malzemeden yapılmışlar. Kompozit malzemeler genellikle metaller gibi tek bileşenli malzemelerden daha hafiftir, ancak yine de sertlik, güç ve tokluk gibi arzu edilen özelliklere sahiptirler.

Biyomimetik malzemeler yapmak

Malzeme mühendisleri, kemik ve yumurta kabuğu gibi doğal malzemelerin bileşimini, yapısını ve özelliklerini ölçmek için on yıllarını harcadılar, bu yüzden şimdi onların özelliklerini iyi anlıyoruz.

Örneğin, kemiğin neredeyse eşit oranlarda hidratlanmış protein ve mineralden oluştuğunu biliyoruz. Mineral sertlik ve sertlik verirken, protein tokluk ve kırılmaya karşı direnç sağlar. Kemikler kırılabilse de, nispeten nadirdir ve olma avantajına sahiptirler. kendi kendini onarma - mühendislerin biyomimetik maddelere getirmeye çalıştığı başka bir özellik.

Kemik gibi, yumurta kabuğu da kompozit bir malzemedir, ancak% 95 mineral ve sadece% 5 hidratlanmış proteindir. Ancak bu küçük miktardaki protein bile, inceliğini göz önüne alarak yumurta kabuğunu çok sert hale getirmek için yeterlidir - çoğu kahvaltı şefinin fark edeceği gibi. Bir sonraki zorluk, bu bilgiyi sağlam bir şeye dönüştürmektir.

Doğal malzemeleri taklit etmenin iki yolu vardır. Ya malzemenin kompozisyonunu taklit edebilir ya da malzemenin yapıldığı işlemi kopyalayabilirsiniz. Doğal malzemeler canlılar tarafından yapıldığı için, bu yöntemlerin hiçbirinde yer alan yüksek sıcaklıklar yoktur. Bu nedenle, biyomimetik materyaller - onlara “neo-kemik” ve “neo-yumurta kabuğu” diyelim - çelikten veya betondan daha az enerji harcarlar.

Laboratuarda, başarmayı başardık santimetre ölçekli örnekler neo-kemiğin Bunu kemik mineralini oluşturan bileşenlerle farklı protein çözeltileri hazırlayarak yapıyoruz. Kompozit bir neo-kemik materyali daha sonra vücut ısısında bu çözeltilerden biyomimetik bir tarzda biriktirilir. Bu sürecin - veya bunun iyileştirilmiş, daha hızlı bir versiyonunun - endüstriyel seviyeye ölçeklendirilmesinin bir nedeni yoktur.

Elbette her yerde çelik ve beton var, bu yüzden binaları tasarlama ve inşa etme yöntemimiz bu malzemeler için optimize edildi. Biyomimetik malzemeleri büyük ölçüde kullanmaya başlamak için, inşaat malzemeleri konusundaki yapı kurallarımızı ve standartlarımızı tamamen yeniden düşünmemiz gerekir. Ancak, gelecekteki şehirleri sürdürülebilir bir şekilde inşa etmek istiyorsak, belki de büyük bir yeniden düşünmek tam olarak ihtiyaç duyulan şeydir. Bilim hala başlangıç ​​aşamasında, ama bu gelecekle ilgili büyük hayal kuramadığımız anlamına gelmiyor.