将来の建物は骨と卵殻で作ることができますか?

将来の建物は骨と卵殻で作ることができますか?

世界が取り組むにつれて 気候変動、二酸化炭素排出量を削減する方法を早急に見つける必要があります。 エネルギーなどの化石燃料に大きく依存しているセクター 航空、一般的に最悪の犯罪者であると考えられています。 しかし、ほとんどの人が気付いていないのは、別の犯人がいることです。 私たちの街の通りや、私たちが住んで仕事をしている建物で。

2007で一人で、 鋼とコンクリート それぞれが世界の航空産業全体よりも多くのCO₂排出を担当していました。 建設現場に到着する前に、鋼とセメントの両方を非常に高い温度で処理する必要があります。これには多くのエネルギーが必要です。 それでは、これらの「汚れた」材料への依存が、建設において非常に重要な役割を果たしている場合、どのように減らすことができますか?

1つの選択肢は、木材などの天然素材を使用することです。 人間は木を使って建物を作りました 何千年も、および木製の構造は 現在、軽微な復活を経験している –部分的には安価で持続可能な素材だからです。

しかし、いくつかあります 木で構築することの欠点; 材料は湿度の高い状態で反り、シロアリなどの害虫による攻撃を受けやすくなります。 また、木材などの天然素材は環境の観点からは魅力的ですが、特定の形状やサイズのコンポーネントを作成したいエンジニアにとっては満足のいくものではありません。

人生をコピーする

天然素材を使用する代わりに、自然に触発された新しい素材を作るとしたらどうでしょう? このアイデアは、1970の研究コミュニティで注目を集め始め、1990で実際に爆発しました。 ナノテクノロジーとナノ加工法。 今日、それは科学研究の新しい分野の基礎を形成しています。すなわち、「バイオミメティックス」-文字通り「生命のコピー」です。

生体細胞はしばしば「生命の構成要素なぜなら、それらは生物の最小単位だからです。 しかし、あなたや私のような多細胞生物を作るには、細胞が支持構造と一緒に凝集して、骨、軟骨、筋肉などの組織からなる生物学的材料を形成する必要があります。 バイオミメティックスに興味のある科学者は、インスピレーションを得るためにこれらの材料を使用しています。

生体模倣材料を作成するには、天然材料がどのように機能するかを深く理解する必要があります。 天然素材も「複合材」であることがわかっています。天然素材は、それぞれ異なる特性を持つ複数の異なるベース材料で作られています。 複合材料は、多くの場合、金属などの単一成分材料よりも軽量ですが、剛性、強度、靭性などの望ましい特性を保持しています。

生体模倣材料の作成

材料エンジニアは、骨や卵殻などの天然材料の組成、構造、特性の測定に数十年を費やしてきたため、その特性を十分に理解できました。

たとえば、骨は水和タンパク質とミネラルでほぼ等しい割合で構成されていることがわかっています。 ミネラルは剛性と硬さを与え、タンパク質は靭性と破壊抵抗を与えます。 骨は折れる可能性がありますが、骨は比較的まれであり、骨があるという利点があります 自己回復 –エンジニアが生体模倣材料にもたらすもう一つの機能。

骨のように、卵殻は複合材料ですが、約95%のミネラルと5%の水和タンパク質のみです。 しかし、そのわずかなタンパク質でさえ、その薄さを考慮して卵殻を非常に丈夫にするのに十分です-ほとんどの朝食料理人が気づくように。 次の課題は、この知識を強固なものに変えることです。

天然素材を模倣する方法は2つあります。 素材自体の構成を模倣するか、素材が作成されたプロセスをコピーすることができます。 天然素材は生き物によって作られているため、これらの方法のいずれにも高温は関係していません。 そのため、生体模倣材料(「neo-bone」および「neo-eggshell」と呼ぶ)は、スチールまたはコンクリートよりもはるかに少ないエネルギーで生産できます。

実験室では、私達は作ることに成功しました センチメートルスケールのサンプル ネオボーンの。 これを行うには、骨塩を作る成分を含むさまざまなタンパク質溶液を準備します。 次に、体温で生体模倣の方法でこれらの溶液から複合新骨材料が堆積される。 このプロセス、または改善された、より高速なバージョンのプロセスを、産業レベルにスケールアップできない理由はありません。

もちろん、鉄鋼とコンクリートはどこにでもあるので、建物の設計と建設の方法はこれらの材料に最適化されています。 生体模倣材料の大規模な使用を開始するには、建築材料の建築基準と基準を完全に再考する必要があります。 しかし、その後、持続可能な方法で将来の都市を構築したい場合は、おそらく大きな再考がまさに必要なものです。 科学はまだ初期段階にありますが、それは将来について大きな夢を見ることができないという意味ではありません。

著者について

ミシェル・オイエン、ケンブリッジ大学生物工学のリーダー

この記事はもともと会話に登場しました

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