Могут ли здания будущего быть сделаны из костей и яичной скорлупы?

Поскольку мир борется с изменением климата, нам необходимо срочно найти пути сокращения выбросов CO₂. Секторы, которые в значительной степени зависят от ископаемого топлива, такие как энергетика и авиация, обычно считаются худшими преступниками. Но большинство людей не осознают, что есть еще один преступник, скрывающийся на виду; на улицах наших городов и в зданиях, где мы живем и работаем.

Только в 2007 году сталь и бетон были ответственны за большее количество выбросов CO₂, чем вся мировая авиационная промышленность. Прежде чем попасть на строительную площадку, сталь и цемент должны быть обработаны при очень высоких температурах — и это требует много энергии. Итак, как мы можем уменьшить нашу зависимость от этих «грязных» материалов, когда они играют столь важную роль в строительстве?

Одним из вариантов является использование натуральных материалов, таких как дерево. Люди строили из дерева тысячи лет, а деревянные конструкции в настоящее время переживают незначительное возрождение — отчасти потому, что это дешевый и экологичный материал.

Но есть некоторые недостатки строительства из дерева; материал может деформироваться во влажных условиях и подвержен атакам вредителей, таких как термиты. И хотя природные материалы, такие как дерево, привлекательны с экологической точки зрения, они могут быть неудовлетворительными для инженеров, которые могут захотеть изготовить компоненты определенной формы или размера.

Копирование жизни

Так что, если вместо того, чтобы использовать натуральные материалы такими, какими мы их находим, мы создаем новые материалы, вдохновленные природой? Эта идея начала набирать обороты в исследовательском сообществе в 1970-х годах и по-настоящему взорвалась в 1990-х годах с развитием нанотехнологий и методов нанотехнологий. Сегодня он составляет основу новой области научных исследований: «биомиметика» — буквально «копирование жизни».

Биологические клетки часто называют «строительными блоками жизни», потому что они являются наименьшими единицами живой материи. Но создать многоклеточный организм, как вы или я, клетки должны собираться вместе с опорной конструкцией для формирования биологических материалов мы сделаны, тканей, таких как кости, хрящи и мышцы. Это такие материалы, к которым ученые, заинтересованные в биомиметике, обратились за вдохновением.

Чтобы создавать биомиметические материалы, нам необходимо глубоко понимать, как работают натуральные материалы. Мы знаем, что натуральные материалы также являются «композитами»: они состоят из нескольких различных базовых материалов, каждый из которых имеет свои свойства. Композитные материалы часто легче, чем однокомпонентные материалы, такие как металлы, и при этом все еще обладают желаемыми свойствами, такими как жесткость, прочность и ударная вязкость.