Các tòa nhà trong tương lai có thể được làm bằng xương và vỏ trứng?

Các tòa nhà trong tương lai có thể được làm bằng xương và vỏ trứng?

Khi thế giới vật lộn với biến đổi khí hậu, chúng tôi rất cần tìm cách giảm lượng khí thải CO₂ của chúng tôi. Các ngành phụ thuộc nhiều vào nhiên liệu hóa thạch, như năng lượng và hàng không, thường được tổ chức để trở thành người phạm tội tồi tệ nhất. Nhưng điều mà hầu hết mọi người không nhận ra là có một thủ phạm khác, ẩn nấp trong tầm nhìn rõ ràng; trên đường phố của các thành phố của chúng ta, và trong các tòa nhà nơi chúng ta sống và làm việc.

Chỉ trong 2007, Thép và bê tông từng chịu trách nhiệm về lượng khí thải CO₂ nhiều hơn toàn bộ ngành hàng không toàn cầu. Trước khi đến địa điểm xây dựng, cả thép và xi măng phải được xử lý ở nhiệt độ rất cao - và điều này tốn rất nhiều năng lượng. Vậy làm thế nào chúng ta có thể giảm sự phụ thuộc của chúng ta vào các vật liệu bẩn bẩn này, khi chúng đóng một vai trò quan trọng như vậy trong xây dựng?

Một lựa chọn là sử dụng vật liệu tự nhiên, chẳng hạn như gỗ. Con người đã được xây dựng bằng gỗ cho một nghìn nămvà các cấu trúc bằng gỗ là hiện đang trải qua một sự hồi sinh nhỏ - một phần vì đây là vật liệu rẻ tiền và bền vững.

Nhưng có một số Những bất lợi khi xây dựng bằng gỗ; vật liệu này có thể cong vênh trong điều kiện ẩm ướt và dễ bị tấn công bởi các loài gây hại như mối mọt. Và trong khi các vật liệu tự nhiên, chẳng hạn như gỗ, hấp dẫn từ góc độ môi trường, chúng có thể không thỏa mãn đối với các kỹ sư có thể muốn chế tạo các bộ phận theo hình dạng hoặc kích thước cụ thể.

Sao chép cuộc sống

Vậy điều gì sẽ xảy ra nếu, thay vì sử dụng các vật liệu tự nhiên như chúng ta tìm thấy, chúng ta tạo ra các vật liệu mới lấy cảm hứng từ thiên nhiên? Ý tưởng này bắt đầu đạt được sức hút trong cộng đồng nghiên cứu trong các 1970 và thực sự bùng nổ trong các 1990, với sự phát triển của công nghệ nano và phương pháp chế tạo nano. Ngày nay, nó tạo thành nền tảng của một lĩnh vực nghiên cứu khoa học mới: cụ thể là, sinh khối học của người Hồi giáo - nghĩa đen là sao chép cuộc sống.

Tế bào sinh học thường được gọi là tế bàocác khối xây dựng của cuộc sốngVì, họ là những đơn vị nhỏ nhất của vật chất sống. Nhưng để tạo ra một sinh vật đa tế bào như bạn hoặc tôi, các tế bào phải kết hợp với một cấu trúc hỗ trợ để tạo thành các vật liệu sinh học mà chúng ta tạo ra, các mô như xương, sụn và cơ bắp. Đó là những vật liệu như thế này, mà các nhà khoa học quan tâm đến sinh học đã hướng đến cảm hứng.

Để chế tạo vật liệu y sinh, chúng ta cần có hiểu biết sâu sắc về cách thức hoạt động của vật liệu tự nhiên. Chúng tôi biết rằng các vật liệu tự nhiên cũng là vật liệu tổng hợp của người Bỉ: chúng được làm từ nhiều vật liệu cơ bản khác nhau, mỗi loại có các tính chất khác nhau. Vật liệu composite thường nhẹ hơn vật liệu đơn thành phần, chẳng hạn như kim loại, trong khi vẫn có các đặc tính mong muốn như độ cứng, sức mạnh và độ dẻo dai.


Nhận thông tin mới nhất từ ​​Nội tâm


Làm vật liệu y sinh

Các kỹ sư vật liệu đã dành hàng thập kỷ để đo thành phần, cấu trúc và tính chất của vật liệu tự nhiên như xương và vỏ trứng, vì vậy chúng tôi hiện đã hiểu rõ về đặc điểm của chúng.

Ví dụ, chúng ta biết rằng xương bao gồm protein ngậm nước và khoáng chất, với tỷ lệ gần như bằng nhau. Khoáng chất có độ cứng và độ cứng, trong khi protein có độ dẻo dai và khả năng chống gãy xương. Mặc dù xương có thể bị gãy, nhưng nó tương đối hiếm, và chúng có lợi ích là tự chữa bệnh - một tính năng khác mà các kỹ sư đang cố gắng mang đến cho vật liệu y sinh.

Giống như xương, vỏ trứng là một vật liệu tổng hợp, nhưng nó xoay quanh khoáng chất 95% và chỉ protein hydrat 5%. Tuy nhiên, ngay cả lượng protein nhỏ đó cũng đủ để làm cho vỏ trứng trở nên rất dai, xem xét độ mỏng của nó - vì hầu hết các đầu bếp ăn sáng sẽ nhận thấy. Thử thách tiếp theo là biến kiến ​​thức này thành một thứ gì đó vững chắc.

Có hai cách để bắt chước các vật liệu tự nhiên. Hoặc bạn có thể bắt chước thành phần của chính vật liệu hoặc bạn có thể sao chép quy trình mà vật liệu được tạo ra. Vì các vật liệu tự nhiên được tạo ra bởi các sinh vật sống, không có nhiệt độ cao liên quan đến một trong hai phương pháp này. Như vậy, các vật liệu y sinh - hãy gọi chúng là xương neo và xương neo mới - lấy ít năng lượng để sản xuất hơn thép hoặc bê tông.

Trong phòng thí nghiệm, chúng tôi đã thành công trong việc chế tạo mẫu quy mô centimet của xương mới. Chúng tôi làm điều này bằng cách chuẩn bị các giải pháp khác nhau của protein với các thành phần tạo nên khoáng chất xương. Một vật liệu xương tổng hợp sau đó được gửi từ các giải pháp này theo cách sinh học ở nhiệt độ cơ thể. Không có lý do gì mà quá trình này - hoặc một phiên bản cải tiến, nhanh hơn của nó - không thể được mở rộng đến cấp độ công nghiệp.

Tất nhiên, thép và bê tông có ở khắp mọi nơi, vì vậy cách chúng ta thiết kế và xây dựng các tòa nhà được tối ưu hóa cho các vật liệu này. Để bắt đầu sử dụng vật liệu y sinh trên quy mô lớn, chúng tôi cần phải xem xét lại hoàn toàn các quy tắc và tiêu chuẩn xây dựng của chúng tôi đối với vật liệu xây dựng. Nhưng sau đó, nếu chúng ta muốn xây dựng các thành phố trong tương lai một cách bền vững, có lẽ một suy nghĩ lại chính là những gì cần thiết. Khoa học vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, nhưng điều đó không có nghĩa là chúng ta không thể mơ lớn về tương lai.

Lưu ý

Michelle Oyen, Độc giả về kỹ thuật sinh học, Đại học Cambridge

Bài viết này ban đầu xuất hiện trên The Conversation

Sách liên quan

Cuộc sống sau carbon: Sự chuyển đổi toàn cầu tiếp theo của các thành phố

by Peter Plastrik, John Cleveland
1610918495Tương lai của các thành phố của chúng ta không giống như trước đây. Mô hình thành phố hiện đại đã nắm giữ trên toàn cầu trong thế kỷ XX đã vượt qua sự hữu ích của nó. Nó không thể giải quyết các vấn đề mà nó đã giúp tạo ra đặc biệt là sự nóng lên toàn cầu. May mắn thay, một mô hình mới cho phát triển đô thị đang nổi lên ở các thành phố để tích cực giải quyết thực tế của biến đổi khí hậu. Nó biến đổi cách các thành phố thiết kế và sử dụng không gian vật lý, tạo ra sự giàu có về kinh tế, tiêu thụ và xử lý tài nguyên, khai thác và duy trì hệ sinh thái tự nhiên và chuẩn bị cho tương lai. Có sẵn trên Amazon

Sự tuyệt chủng thứ sáu: Một lịch sử không tự nhiên

của Elizabeth Kolbert
1250062187Trong nửa tỷ năm qua, đã có Năm sự tuyệt chủng hàng loạt, khi sự đa dạng của sự sống trên trái đất đột ngột và ký hợp đồng đột ngột. Các nhà khoa học trên thế giới hiện đang theo dõi sự tuyệt chủng thứ sáu, được dự đoán là sự kiện tuyệt chủng tàn khốc nhất kể từ khi tác động của tiểu hành tinh quét sạch khủng long. Lần này, thảm họa là chúng ta. Trong văn xuôi đó là ngay lập tức, giải trí, và thông tin sâu sắc, New Yorker nhà văn Elizabeth Kolbert cho chúng ta biết lý do tại sao và làm thế nào con người đã thay đổi cuộc sống trên hành tinh theo cách mà không có loài nào có trước đây. Nghiên cứu đan xen trong nửa tá môn học, mô tả về các loài hấp dẫn đã bị mất và lịch sử tuyệt chủng như một khái niệm, Kolbert cung cấp một tài khoản cảm động và toàn diện về những vụ mất tích xảy ra trước mắt chúng ta. Bà cho thấy sự tuyệt chủng thứ sáu có khả năng là di sản lâu dài nhất của loài người, buộc chúng ta phải suy nghĩ lại về câu hỏi cơ bản về ý nghĩa của con người. Có sẵn trên Amazon

Cuộc chiến khí hậu: Cuộc chiến sinh tồn khi thế giới quá nóng

bởi Gwynne Dyer
1851687181Sóng của người tị nạn khí hậu. Hàng chục quốc gia thất bại. Chiến tranh toàn diện. Từ một trong những nhà phân tích địa chính trị vĩ đại của thế giới đến một cái nhìn kinh hoàng về thực tế chiến lược của tương lai gần, khi biến đổi khí hậu thúc đẩy các cường quốc của thế giới hướng tới chính trị sinh tồn. Tiên tri và vô cảm, Chiến tranh khí hậu sẽ là một trong những cuốn sách quan trọng nhất trong những năm tới. Đọc nó và tìm hiểu những gì chúng ta đang hướng tới. Có sẵn trên Amazon

Từ Nhà xuất bản:
Mua hàng trên Amazon để giảm chi phí mang lại cho bạn InsideSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ClimateImpactNews.com miễn phí và không có nhà quảng cáo theo dõi thói quen duyệt web của bạn. Ngay cả khi bạn nhấp vào một liên kết nhưng không mua các sản phẩm được chọn này, bất kỳ thứ gì khác bạn mua trong cùng một lượt truy cập trên Amazon đều trả cho chúng tôi một khoản hoa hồng nhỏ. Không có chi phí bổ sung cho bạn, vì vậy hãy đóng góp cho nỗ lực. Bạn cũng có thể sử dụng liên kết này sử dụng cho Amazon bất cứ lúc nào để bạn có thể giúp hỗ trợ những nỗ lực của chúng tôi.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

theo dõi Nội bộ trên

facebook-iconbiểu tượng twitterbiểu tượng rss

Nhận tin mới nhất qua email

{Emailcloak = off}

ĐỌC MOST