Muscheln oder Spinnenseide: wie die Natur die Struktur der Städte verwandeln könnte

Im Rennen um ersetzen Beton und Stahl experimentieren Bioingenieure und Architekten mit alternativen einschließlich Blut, Knochen und Eierschalen


Fragen Sie die Cambridge Biotechnologe, Michelle Oyen, wie die Städte der Zukunft aussehen könnte, und sie werde verweisen Termitenhügel, zusammen mit den wirbelnden Architektur von Antoni Gaudí, deren Gebäude zu schauen, wie sie aus organischen Stoffen eher wachsen als von Menschenhand gebaut wurde. Oyen und ihre Zeitgenossen sind derzeit bemüht, nutzen der Natur smart Bautechniken, Untersuchung von Knochen, Eierschalen, Muscheln und Spinnenseide, als Alternative zu unhaltbaren Stahl und Beton.

"Als Ingenieure," sagt sie, "Wir werfen Energie auf Probleme, Dinge technisch besser zu machen, aber wir denken nicht unbedingt über die Folgen der was alle dieser Energie Eingang tut." Die Betonindustrie, z. B. erzeugt 5 % des globalen CO2 -Emissionen. Die Schönheit der Materialien, die Entwicklung von Oyen und Kollegen ist, dass sie in sanfte, Niedrigenergie-Bedingungen produziert werden können.

Eierschale ist ihr Lieblingsbeispiel. "Wenn man ein Huhn, gehen sie von Null auf Eierschalen in 18 Stunden. Es ist fast ein Millimeter dick, 95 % Keramik, und es hat diese organische Komponente, die es sehr schwer macht. Das ganze wurde in extrem kurzer Zeit, bei einem Umgebungsdruck und bei Körpertemperatur, kaum über Umgebungstemperatur gesetzt hinunter."

Künstlichen Keramik, bilden sich auf der anderen Seite bei Tausenden von Grad Celsius. Die Keramik Einlagen auf das Protein in der Eierschale Membran, und das Protein Präsenz macht es haltbarer als künstliche Keramik. "So haben Sie dieses Paradigma", sagt Oyen, "mit der Natur diese Dinge geschickt, woher Informationen, während Ingenieure nur Energie auf sie zu werfen."

Organische Materialien aus den Knochen zu Shell Spinnenseide, sind aus verschiedenen Komponenten mit komplementären Eigenschaften zusammengesetzt. "So bekommen Sie Kombinationen, die in einem einzigen monolithischen Material gibt es nicht", sagt Oyen, weshalb wir Beton mit Stahlträger verstärken müssen. "Stahl ist wirklich gut auf die Spannung und der Beton ist wirklich gut auf die Komprimierung." Die Natur macht ebenso widerstandsfähig Kombinationen. Eierschale ist wesentlich widerstandsfähiger gegen Bruch als künstliche Keramik wegen seiner Kollagen-Membran. Spinnenseide ist stärker als Stahl (hätten Sie einen Streifen aus Stahl so dünn wie Spinnennetz, das Web würde stärker sein), aber trotzdem flexibel, denn das ist eine perfekt gestaltete Zusammensetzung von Proteinen, die Konsistenz nach dem Widerstand ändern es Gesichter.

Spinnenseide ist, Oyen, "extrem abstimmbaren," sagt, dass seine Eigenschaften nach den Wassergehalt zu ändern. Die Speichen der Spinnennetze sind steif, während die Spirale aus Seide herumlaufen die Speichen schlaff ist, weil es mehr Wasser in sich hat. Also je weniger Wasser, die steifere, und umgekehrt.

Es ist immer noch eine Ausdehnung der Phantasie, aber auf Bild Spinne Seide hält ein Gartenhaus, geschweige denn Großstadt baut (obwohl dies schön vom Londoner architektonische Imagineers, gewöhnliche Vis, in Form von Spidey Stadt, unterbrochen durch gentechnisch hergestellte Spinnenseide visualisiert worden). "Es gibt keine Frage," sagt Oyen, ", dass Spinnenseide optimiert wird, um eine Faser zu sein, so ist es nicht, dass wir eine dreidimensionale Struktur zu replizieren können, aber es kann sein, dass eine dreidimensionale Assemblage von Fasern mit einer Matrix aus einem Verbundmaterial hinzugefügt gut sein könnte."

Spinnenseide ist auch biologisch abbaubar, hypoallergen und antimikrobiell. Unterdessen haben Wissenschaftler erstellt eine Oberfläche, hergestellt aus synthetischen Haifischhaut, das Wachstum von Bakterien hemmt. Konnte es Superbazillen aus Krankenhäusern löschen? Könnten unsere Küchen, Bäder und Arbeitsstationen, auch am Ende in faux Haifischhaut fertig?

Man könnte denken, die organische Bestandteil Oyens Materialien Gebäude, biologisch abbaubar, mit katastrophalen Folgen führen können vergeben werden, aber sie ist nicht besorgt. Der organische Bestandteil der Eierschale bleibt so stabil in der Keramik, sagt sie, "sie waren in der Lage, organische Bestandteile von Eierschalen zu isolieren, die Millionen von Jahre alt sind." Und über Knochen, fügt sie hinzu, "Rock in der Knochenstruktur, die Sie gibt Dinosaurierknochen, die 30 Millionen Jahre alt sind bilden zu kann." Es ist nicht, sagt sie, dass wir wollen Städte des Knochens wie es jetzt in unserem Körper ist. "Wir können lassen Sie sich inspirieren von Naturmaterialien anstatt buchstäblich imitiert sie."

Städte sind nicht kurz vor dem start ähnlich Termite Metropolen jederzeit bald. "Von einer Timeline-Perspektive," sagt Oyen, "für die letzten 10 Jahre haben wir versucht, diese Dinge herauszufinden. "Wir haben wahrscheinlich noch ein paar Jährchen zu gehen und dann vielleicht im folgende Jahrzehnt wird dabei alles, was, die wir gelernt haben, und wird zur Herstellung neuer Materials anwenden können." Allerdings schreitet schnell voran das Rennen um Beton zu ersetzen. Britischer Architekt Jack Munro, hat zum Beispiel mit Ziegeln hergestellt aus Sand und Blut experimentiert. "Tierisches Blut war für eine lange Zeit die wichtigste Quelle für natürliche Kleber bevor wir synthetischen Leime, hatte" schreibt er, also warum nicht machen Ziegel als eine Art der Verwendung dieses Nebenprodukt der Fleischindustrie?

Von Cambridge Architektur-Abteilung arbeitet an genetisch verändern Pflanzen, super-Holz für Gebäude zu machen. "Wir schauen, was in Pflanzen, die Anlass zu Eigenschaften, die nützlich ist für größere Gebäude sind: Stärke, Beständigkeit gegen Fäulnis, Haltbarkeit," sagt Senior Lecturer, Michal Ramage. " Beginnend mit einer kleinen Pflanze namens Arabidopsis, hat einen kurzen, sechswöchigen Wachstumszyklus wird sein Team auf eine Weide oder Pappel absolvieren, bevor Sie Angriff, Eiche, Eukalyptus oder Fichte.

Unterdessen zurückgekehrt Ramage nur aus Chicago, wo er eine hölzerne Hochhaus-Projekt gearbeitet hat. "Das höchste Holzgebäude im Moment", sagt er, "ist 14 Geschichten in Norwegen. In unserer Forschung haben wir bei Gebäuden 80, 90, 100 Stockwerke hoch gesucht." Er ist in Zusammenarbeit mit führenden Firmen für Architektur- und Ingenieurbüros und kommen aus diesen Entwürfen bestimmte Elemente, die er und seine Kollegen in ihren Laboren in Cambridge strukturell testen können. Ramage vermutet, die es ein paar Jahre werden, bevor sie endgültig sagen können, dass die Ideen im Maßstab, aber Entwickler arbeiten, sind bereits an der Spitze eines der ersten Hochhäuser aus Holz errichten scharrt. Stellen Sie sich ihre Aufregung, wenn es Zeit für die erste Schale, Knochen oder Spinnenseide Turm.

Dr. Michelle Oyen gibt einen öffentlichen Vortrag in Cambridge Science Festival auf biomimetischer Materialien: neu zu überdenken, wie wir Sachen am Mittwoch 9 bauen Micha Folgen Sie Guardian Städte auf Twitter und Facebook und Verknüpfung der Diskussion

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