Gli edifici futuri potrebbero essere realizzati con ossa e gusci d'uovo?

Gli edifici futuri potrebbero essere realizzati con ossa e gusci d'uovo?

Come il mondo alle prese con cambiamento climatico, dobbiamo urgentemente trovare il modo di ridurre le nostre emissioni di CO₂. Settori che dipendono fortemente dai combustibili fossili, come l'energia e aviazione, sono comunemente ritenuti i peggiori trasgressori. Ma ciò che la maggior parte delle persone non capisce è che c'è un altro colpevole, nascosto in bella vista; per le strade delle nostre città e negli edifici in cui viviamo e lavoriamo.

In 2007 sola, acciaio e cemento erano entrambi responsabili di maggiori emissioni di CO₂ rispetto all'intera industria aeronautica globale. Prima di raggiungere il cantiere, sia l'acciaio che il cemento devono essere lavorati a temperature molto elevate e ciò richiede molta energia. Quindi, come possiamo ridurre la nostra dipendenza da questi materiali "sporchi", quando svolgono un ruolo così cruciale nella costruzione?

Un'opzione è utilizzare materiali naturali, come il legno. Gli umani hanno costruito con legno per migliaia di annie le strutture in legno lo sono attualmente in fase di rinascita minore - in parte perché è un materiale economico e sostenibile.

Ma ce ne sono alcuni svantaggi di costruire con il legno; il materiale può deformarsi in condizioni umide ed è suscettibile all'attacco di parassiti come le termiti. E mentre i materiali naturali, come il legno, sono attraenti dal punto di vista ambientale, possono essere insoddisfacenti per gli ingegneri che potrebbero voler realizzare componenti in una forma o dimensione specifica.

Copiare la vita

E se invece di utilizzare materiali naturali come li troviamo, realizzassimo nuovi materiali ispirati alla natura? Questa idea ha iniziato a guadagnare terreno nella comunità di ricerca negli 1970 ed è davvero esplosa negli 1990, con lo sviluppo di metodi di nanotecnologia e nanofabbricazione. Oggi costituisce la base di un nuovo campo di ricerca scientifica: la "biomimetica" - letteralmente "la copia della vita".

Le cellule biologiche sono spesso indicate come "i mattoni della vita", Perché sono le più piccole unità di materia vivente. Ma per creare un organismo multi-cellulare come te o me, le cellule devono raggrupparsi insieme con una struttura di supporto per formare i materiali biologici di cui siamo fatti, tessuti come ossa, cartilagine e muscoli. Sono materiali come questi, a cui gli scienziati interessati alla biomimetica si sono ispirati.

Per produrre materiali biomimetici, dobbiamo avere una profonda comprensione di come funzionano i materiali naturali. Sappiamo che anche i materiali naturali sono "compositi": sono realizzati con più materiali di base diversi, ognuno con proprietà diverse. I materiali compositi sono spesso più leggeri dei materiali monocomponenti, come i metalli, pur avendo proprietà desiderabili come rigidità, resistenza e tenacità.


Ricevi le ultime novità da InnerSelf


Realizzare materiali biomimetici

Gli ingegneri dei materiali hanno trascorso decenni a misurare la composizione, la struttura e le proprietà di materiali naturali come ossa e gusci d'uovo, quindi ora abbiamo una buona comprensione delle loro caratteristiche.

Ad esempio, sappiamo che l'osso è composto da proteine ​​idrate e minerali, in proporzioni quasi uguali. Il minerale conferisce rigidità e durezza, mentre la proteina conferisce tenacità e resistenza alla frattura. Sebbene le ossa possano rompersi, è relativamente raro e hanno il vantaggio di esserlo auto-guarigione - un'altra caratteristica che gli ingegneri stanno cercando di apportare ai materiali biomimetici.

Come l'osso, il guscio d'uovo è un materiale composito, ma contiene circa 95% minerale e solo 5% proteine ​​idratate. Tuttavia, anche quella piccola quantità di proteine ​​è sufficiente per rendere il guscio d'uovo molto resistente, considerando la sua magrezza, come la maggior parte dei cuochi della colazione avrà notato. La prossima sfida è trasformare questa conoscenza in qualcosa di solido.

Esistono due modi per imitare i materiali naturali. O puoi imitare la composizione del materiale stesso, oppure puoi copiare il processo con cui è stato realizzato il materiale. Poiché i materiali naturali sono realizzati da creature viventi, non vi sono alte temperature coinvolte in nessuno di questi metodi. Pertanto, i materiali biomimetici - chiamiamoli "neo-osso" e "neo-guscio d'uovo" - richiedono molta meno energia per la produzione rispetto all'acciaio o al cemento.

In laboratorio, siamo riusciti a fare campioni in scala centimetrica di neo-osso. Lo facciamo preparando diverse soluzioni di proteine ​​con i componenti che formano il minerale osseo. Un materiale neo-osso composito viene quindi depositato da queste soluzioni in modo biomimetico a temperatura corporea. Non vi è alcun motivo per cui questo processo - o una versione migliorata e più veloce di esso - non possa essere scalato a livello industriale.

Ovviamente acciaio e cemento sono ovunque, quindi il modo in cui progettiamo e costruiamo edifici è ottimizzato per questi materiali. Per iniziare a utilizzare materiali biomimetici su larga scala, dovremmo ripensare completamente i nostri codici e standard di costruzione per i materiali da costruzione. Ma poi, se vogliamo costruire città future in modo sostenibile, forse un grande ripensamento è esattamente ciò che è necessario. La scienza è ancora agli inizi, ma ciò non significa che non possiamo sognare in grande sul futuro.

Circa l'autore

Michelle Oyen, Lettore in Bioingegneria, Università di Cambridge

Questo articolo è originariamente apparso su The Conversation

libri correlati

Life After Carbon: The Next Global Transformation of Cities

by Peter Plastrik, John Cleveland
1610918495Il futuro delle nostre città non è più quello di una volta. Il modello di città moderna che ha preso piede a livello mondiale nel XX secolo è sopravvissuto alla sua utilità. Non può risolvere i problemi che ha contribuito a creare, in particolare il riscaldamento globale. Fortunatamente, un nuovo modello di sviluppo urbano sta emergendo nelle città per affrontare in modo aggressivo le realtà dei cambiamenti climatici. Trasforma il modo in cui le città progettano e utilizzano lo spazio fisico, generano ricchezza economica, consumano e dispongono di risorse, sfruttano e sostengono gli ecosistemi naturali e si preparano per il futuro. Disponibile su Amazon

La sesta estinzione: una storia innaturale

di Elizabeth Kolbert
1250062187Nell'ultimo mezzo miliardo di anni, ci sono state cinque estinzioni di massa, quando la diversità della vita sulla terra improvvisamente e drammaticamente contratta. Gli scienziati di tutto il mondo stanno attualmente monitorando la sesta estinzione, che si preannuncia essere l'evento di estinzione più devastante dall'impatto con l'asteroide che ha spazzato via i dinosauri. Questa volta, il cataclisma siamo noi. In prosa che è allo stesso tempo sincera, divertente e profondamente informata, New Yorker la scrittrice Elizabeth Kolbert ci dice perché e come gli esseri umani hanno alterato la vita sul pianeta in un modo che nessuna specie ha mai avuto prima. La ricerca intrecciata in una mezza dozzina di discipline, le descrizioni delle specie affascinanti che sono già state perse e la storia dell'estinzione come concetto, Kolbert fornisce un resoconto commovente e completo delle scomparse che avvengono sotto i nostri occhi. Dimostra che la sesta estinzione è probabilmente l'eredità più duratura dell'umanità, costringendoci a ripensare alla domanda fondamentale su cosa significhi essere umani. Disponibile su Amazon

Climate Wars: The Fight for Survival mentre il mondo si surriscalda

di Gwynne Dyer
1851687181Onde di rifugiati climatici. Dozzine di stati falliti. Guerra totale. Da uno dei grandi analisti geopolitici del mondo arriva uno sguardo terrificante sulle realtà strategiche del prossimo futuro, quando il cambiamento climatico spinge le potenze del mondo verso la politica di sopravvivenza spietata. Prescient e inflessibile, Guerre Climatiche sarà uno dei libri più importanti dei prossimi anni. Leggilo e scopri cosa stiamo andando. Disponibile su Amazon

Dall'editore:
Gli acquisti su Amazon vanno a coprire il costo di portarti InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, e ClimateImpactNews.com senza costi e senza inserzionisti che monitorano le tue abitudini di navigazione. Anche se fai clic su un link ma non acquisti questi prodotti selezionati, qualsiasi altra cosa tu compri nella stessa visita su Amazon ci paga una piccola commissione. Non c'è nessun costo aggiuntivo per te, quindi per favore contribuisci allo sforzo. Puoi anche utilizzare questo link da usare su Amazon in qualsiasi momento per aiutare a sostenere i nostri sforzi.

enafarZH-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

segui InnerSelf su

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Ricevi l'ultimo tramite e-mail

{Emailcloak = off}