هل يمكن صنع مباني المستقبل بالعظام وقشر البيض؟

هل يمكن صنع مباني المستقبل بالعظام وقشر البيض؟

كما يصارع العالم تغير المناخ، نحن بحاجة ماسة لإيجاد طرق لخفض انبعاثات CO. القطاعات التي تعتمد اعتمادا كبيرا على الوقود الأحفوري ، مثل الطاقة و طيران، يقام عادة ليكون أسوأ المجرمين. لكن ما لا يدركه معظم الناس هو أن هناك جانيًا آخر ، مختبئًا في مرأى من الجميع ؛ في شوارع مدننا ، وفي المباني التي نعيش ونعمل فيها.

في 2007 وحدها، الصلب والخرسانة كل منهم مسؤول عن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أكثر من صناعة الطيران العالمية بأكملها. قبل الوصول إلى موقع البناء ، يجب معالجة كل من الفولاذ والأسمنت في درجات حرارة مرتفعة للغاية - وهذا يتطلب الكثير من الطاقة. فكيف يمكننا تقليل اعتمادنا على هذه المواد "القذرة" ، عندما تلعب مثل هذا الدور الحاسم في البناء؟

خيار واحد هو استخدام المواد الطبيعية ، مثل الخشب. وقد تم بناء البشر مع الخشب ل آلاف السنين، والهياكل الخشبية هي تعاني حاليا من عودة طفيفة - جزئيا لأنها مادة رخيصة ومستدامة.

ولكن هناك بعض عيوب بناء مع الخشب. يمكن للمواد تشوه في ظروف رطبة ، وعرضة للهجوم من قبل الآفات مثل النمل الأبيض. وفي حين أن المواد الطبيعية ، مثل الخشب ، جذابة من منظور بيئي ، فإنها قد تكون غير مرضية للمهندسين الذين قد يرغبون في صنع مكونات في شكل أو حجم معين.

نسخ الحياة

فماذا لو ، بدلاً من استخدام المواد الطبيعية كما نجدها ، نصنع مواد جديدة مستوحاة من الطبيعة؟ بدأت هذه الفكرة تكتسب قوة في مجتمع البحث في 1970s وانفجرت بالفعل في 1990s ، مع تطور تقنيات النانو وتصنيع النانو. وهي اليوم تشكل أساسًا لحقل جديد للبحث العلمي: "المحاكاة الحيوية" - حرفيًا "نسخ الحياة".

وغالبا ما يشار إلى الخلايا البيولوجية باسم "اللبنات الأساسية للحياة"، لأنها أصغر الوحدات الحية. ولكن لإنشاء كائن متعدد الخلايا مثلك أو مثلي ، يجب أن تتجمع الخلايا مع بنية دعم لتشكيل المواد البيولوجية التي نصنعها ، والأنسجة مثل العظام والغضاريف والعضلات. إنها مواد مثل هذه ، والتي تحول إليها العلماء المهتمون بالمحاكاة الحيوية بحثًا عن الإلهام.

من أجل صنع مواد تقليدية ، نحتاج إلى فهم عميق لكيفية عمل المواد الطبيعية. نحن نعلم أن المواد الطبيعية هي أيضًا "مواد مركبة": فهي مصنوعة من مواد أساسية مختلفة متعددة ، ولكل منها خصائص مختلفة. غالبًا ما تكون المواد المركبة أخف من المواد المكونة واحدة ، مثل المعادن ، في حين لا يزال لها خصائص مرغوبة مثل الصلابة والقوة والمتانة.


الحصول على أحدث من InnerSelf


صنع مواد المحاكاة الحيوية

قضى مهندسو المواد عقودًا تقيس تركيبة وهيكل وخصائص المواد الطبيعية مثل العظام وقشر البيض ، لذلك لدينا الآن فهم جيد لخصائصها.

على سبيل المثال ، نعلم أن العظم يتكون من البروتين المعدني والمعدني ، بنسب متساوية تقريبًا. يمنح المعدن صلابة وصلابة ، بينما يمنح البروتين المتانة والمقاومة للكسر. على الرغم من أن العظام يمكن أن تنكسر ، إلا أنها نادرة نسبيًا ، وتتمتع بميزة الوجود الشفاء الذاتي - ميزة أخرى يحاول المهندسون جلبها إلى مواد المحاكاة الحيوية.

مثل العظم ، قشر البيض هو مادة مركبة ، لكنه حول 95٪ معدني و 5٪ فقط بروتين رطب. ومع ذلك ، فإن هذه الكمية الصغيرة من البروتين تكفي لجعل قشر البيض قاسيًا للغاية ، مع الأخذ في الاعتبار النحافة - حيث لاحظت معظم طهاة الإفطار. التحدي التالي هو تحويل هذه المعرفة إلى شيء صلب.

هناك طريقتان لتقليد المواد الطبيعية. يمكنك إما محاكاة تكوين المادة نفسها ، أو يمكنك نسخ العملية التي صنعت بها المادة. نظرًا لأن المواد الطبيعية تصنعها كائنات حية ، فلا توجد درجات حرارة عالية مرتبطة بأي من هذه الطرق. على هذا النحو ، فإن مواد المحاكاة الحيوية - دعنا نطلق عليها "العظام الجديدة" و "قشرة البيضة الجديدة" - تستهلك طاقة أقل بكثير لإنتاجها من الفولاذ أو الخرسانة.

في المختبر ، نجحنا في صنع عينات مقياس سم من العظام الجديدة. نقوم بذلك عن طريق إعداد حلول مختلفة من البروتين مع المكونات التي تجعل المعادن العظام. ثم يتم ترسب مادة عظمية مركبة جديدة من هذه المحاليل بطريقة تقليدية في درجة حرارة الجسم. لا يوجد سبب لعدم إمكانية زيادة هذه العملية - أو نسخة محسنة وأسرع منها - إلى مستوى صناعي.

بالطبع ، يوجد الصلب والخرسانة في كل مكان ، وبالتالي فإن الطريقة التي نصمم ونبني بها المباني هي الأمثل لهذه المواد. لبدء استخدام مواد المحاكاة الحيوية على نطاق واسع ، نحتاج إلى إعادة التفكير بالكامل في قوانين البناء ومعايير مواد البناء الخاصة بنا. لكن إذا أردنا بناء مدن مستقبلية بطريقة مستدامة ، فربما تكون إعادة التفكير الرئيسية هي ما نحتاجه بالضبط. لا يزال العلم في مراحله الأولى ، لكن هذا لا يعني أننا لا نستطيع أن نحلم كبيرًا بالمستقبل.

عن المؤلف

ميشيل أوين ، قارئ في الهندسة الحيوية ، جامعة كامبريدج

هذه المقالة نشرت أصلا في والمحادثة

كتب ذات صلة

الحياة بعد الكربون: التحول العالمي التالي للمدن

by Peter Plastrik ، جون كليفلاند
1610918495مستقبل مدننا ليس هو ما كان عليه من قبل. نموذج المدينة الحديثة الذي ترسخت عالميا في القرن العشرين قد عاشت فائدته. لا يمكنها حل المشكلات التي ساعدت في خلقها - خاصة الاحتباس الحراري. لحسن الحظ ، يظهر نموذج جديد للتنمية الحضرية في المدن لمعالجة حقائق تغير المناخ بقوة. إنه يحول الطريقة التي تصمم بها المدن وتستخدم الفضاء المادي ، وتولد ثروة اقتصادية ، وتستهلك الموارد وتتخلص منها ، وتستغل النظم الإيكولوجية الطبيعية وتحافظ عليها ، وتستعد للمستقبل. متاح في أمازون

الإنقراض السادس: تاريخ غير طبيعي

من اليزابيث كولبرت
1250062187على مدى نصف مليار سنة مضت ، حدثت خمس حالات انقراض جماعي ، عندما تعاقد تنوع الحياة على الأرض فجأة وبشكل دراماتيكي. العلماء في جميع أنحاء العالم يراقبون الآن الانقراض السادس ، وتوقع أن يكون أكثر انقراض حدث مدمر منذ تأثير الكويكبات التي قضت على الديناصورات. هذه المرة ، هذه الجثة هي لنا. في النثر الذي كان صريحا ومسلية ومطلعا في وقت واحد ، نيويوركر تخبرنا الكاتبة إليزابيث كولبير لماذا وكيف غيّر البشر الحياة على كوكب الأرض بطريقة لم يكن بها أي نوع من قبل. البحث المتشابك في ستة مجالات ، وصف للأنواع الرائعة التي فقدت بالفعل ، وتاريخ الانقراض كمفهوم ، يوفر Kolbert سرد مؤثر وشامل للاختفاء الذي يحدث أمام أعيننا. إنها تُظهر أن الانقراض السادس من المرجح أن يكون إرث البشرية الأطول ، ويجبرنا على إعادة التفكير في السؤال الأساسي حول معنى أن تكون إنسانًا. متاح في أمازون

حروب المناخ: الكفاح من أجل البقاء مع ارتفاع درجة حرارة العالم

بقلم جوين داير
1851687181موجات اللاجئين المناخ. العشرات من الدول الفاشلة. حرب شاملة. من واحد من أكبر المحللين الجيوسياسيين في العالم ، تأتي لمحة مرعبة عن الحقائق الاستراتيجية في المستقبل القريب ، عندما يدفع التغير المناخي قوى العالم نحو سياسة البقاء على قيد الحياة. بصمة وراسخة ، حروب المناخ سيكون واحدا من أهم الكتب في السنوات المقبلة. اقرأها واكتشف ما الذي نتجه إليه. متاح في أمازون

من الناشر:
عمليات الشراء على موقع أمازون تذهب لتحمل تكلفة جلبك InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, . ClimateImpactNews.com دون أي تكلفة ودون المعلنين الذين يتتبعون عادات التصفح الخاصة بك. حتى إذا قمت بالنقر فوق رابط ولكنك لا تشتري هذه المنتجات المحددة ، فإن أي شيء آخر تشتريه في هذه الزيارة نفسها على Amazon يدفع لنا عمولة صغيرة. لا توجد تكلفة إضافية عليك ، لذا يرجى المساهمة في هذا الجهد. بامكانك ايضا استخدام هذا الرابط لاستخدامه في Amazon في أي وقت حتى تتمكن من المساعدة في دعم جهودنا.

enafarزكية-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

اتبع InnerSelf على

الفيسبوك أيقونةتويتر أيقونةآر إس إس أيقونة

احصل على آخر عبر البريد الإلكتروني

{Emailcloak = إيقاف}

الأكثر قراءة

كيف تهدد الخصوصية والأمن في هذه الخيارات اليومية
كيف تهدد الخصوصية والأمن في هذه الخيارات اليومية
by آري تراختنبرغ وجيانلوكا سترينجيني وران كانيتي