Gelecekteki Binalar Kemik ve Yumurta Kabuğuyla Yapılabilir mi?

Gelecekteki Binalar Kemik ve Yumurta Kabuğuyla Yapılabilir mi?

Dünyayla boğuşurken iklim değişikliğiCO₂ emisyonlarımızı azaltmanın yollarını acilen bulmamız gerekiyor. Enerji ve enerji gibi fosil yakıtlara dayanan 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 küresel havacılık endüstrisinden daha fazla CO₂ emisyonundan sorumluydu. Şantiye alanına ulaşmadan önce hem çelik hem de çimento çok yüksek sıcaklıklarda işlenmelidir - bu çok fazla enerji gerektirir. Peki bu "kirli" malzemelere olan bağımlılığımızı, inşaatta çok önemli bir rol oynadıklarında 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.


InnerSelf'ten En Son Haberleri Alın


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.

Yazar Hakkında

Michelle Oyen, Biyomühendislikte Okuyucu, Cambridge Üniversitesi

Bu makale, ilk sohbet göründü

İlgili Kitaplar

Karbon Sonrası Yaşam: Kentlerin Gelecekteki Küresel Dönüşümü

by Peter Plastrik, John Cleveland
1610918495Kentlerimizin geleceği eskisi gibi değil. Yirminci yüzyılda küresel olarak ele geçen modern şehir modeli, kullanışlılığını arttırdı. Yaratacağı sorunları, özellikle de küresel ısınmayı çözemez. Neyse ki, şehirlerde iklim değişikliğinin gerçekleriyle mücadele etmek için kentsel gelişim için yeni bir model ortaya çıkıyor. Şehirlerin fiziksel mekan tasarlama ve kullanma, ekonomik zenginlik yaratma, kaynakları tüketme ve elden çıkarma, doğal ekosistemleri kullanma ve sürdürme ve geleceğe hazırlanma biçimlerini dönüştürür. Amazon'da Mevcut

Altıncı Nesil: Doğal Olmayan Bir Tarih

Elizabeth Kolbert tarafından
1250062187Son yarım milyar yılda, dünyadaki yaşam çeşitliliğinin aniden ve dramatik biçimde daraldığı beş toplu tükenme yaşandı. Dünyanın dört bir yanındaki bilim insanları, dinozorları yok eden asteroid etkisinden bu yana en yıkıcı olay olmaları öngörülen altıncı nesli takip ediyor. Bu sefer, felaket biziz. Bir zamanlar açık olan bu dürüst, eğlenceli ve derinden bilgilendirilmiş. New Yorklu yazar Elizabeth Kolbert, insanın gezegende yaşamı neden ve nasıl değiştirdiğini daha önce hiçbir türün olmadığı şekilde anlatıyor. Yarım düzine disiplinde yapılan araştırmalar, kaybedilmiş büyüleyici türlerin açıklamaları ve bir neslin tükenme öyküsü olan Kolbert, gözümüzün önünde gerçekleşen kayıpların hareketli ve kapsamlı bir açıklamasını sunar. Altıncı neslin, insanlığın en kalıcı mirası olduğunu ve bizi insan olmanın ne anlama geldiğinin temel sorusunu tekrar düşünmeye zorladığını gösteriyor. Amazon'da Mevcut

İklim Savaşları: Dünya Aşırı Isınırken Hayatta Kalma Mücadelesi

Gwynne Dyer tarafından
1851687181İklim mültecilerin dalgaları. Başarısız devletlerin düzinelerce. All-out savaşı. Dünyanın en büyük jeopolitik analistlerinden birinden, iklim değişikliğinin dünyanın güçlerini hayatta kalma politikasına yönelttiği güçleri çekerken, yakın geleceğin stratejik gerçeklerine dair korkunç bir bakış açısı geliyor. Öncül ve unlinf, İklim Savaşları önümüzdeki yıllarda en önemli kitaplardan biri olacak. Oku ve ne için gittiğimizi öğren. Amazon'da Mevcut

Yayıncıdan:
Amazon'daki alımlar sizi getirme maliyetini düşürmeye gidiyor InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ve ClimateImpactNews.com hiçbir ücret ödemeden ve tarama alışkanlıklarınızı izleyen reklamverenler olmadan. Bir linke tıklasanız da, bu seçilmiş ürünleri satın almasanız bile, Amazon ziyaretinde aldığınız her şey bize küçük bir komisyon öder. Size herhangi bir ek maliyet yoktur, bu yüzden lütfen çabaya katkıda bulunun. Ayrıca bu linki kullanabilirsiniz Amazon’u istediğin zaman kullanmak, çabalarımızı desteklemeye yardımcı olmak için.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

InnerSelf'i takip et

facebook-icontwitter-ikonrss-ikon

E-posta ile son alın

{Emailcloak = off}