뼈와 달걀 껍질로 미래 건물을 만들 수 있습니까?

뼈와 달걀 껍질로 미래 건물을 만들 수 있습니까?

세상이 와서 기후 변화우리는 CO₂ 배출을 줄이는 방법을 시급히 찾아야합니다. 에너지와 같은 화석 연료에 크게 의존하는 분야 비행, 일반적으로 최악의 범죄자입니다. 그러나 대부분의 사람들이 깨닫지 못하는 것은 또 다른 범인이 있다는 것입니다. 도시의 거리와 우리가 살고 일하는 건물에서

2007에서만 강철과 콘크리트 전 세계 항공 산업보다 CO2 배출량이 더 많았습니다. 건설 현장에 도착하기 전에 강철과 시멘트를 모두 매우 높은 온도에서 가공해야하는데 많은 에너지가 필요합니다. 그렇다면 건축에서 결정적인 역할을 수행 할 때 이러한 "더러운"재료에 대한 의존도를 어떻게 줄일 수 있을까요?

한 가지 옵션은 목재와 같은 천연 재료를 사용하는 것입니다. 인간은 수천년목재 구조물은 현재 약간의 부활이 있습니다 – 부분적으로 싸고 지속 가능한 재료이기 때문입니다.

그러나 몇 가지가 있습니다 나무로 건축 할 때의 단점; 이 물질은 습한 환경에서 휘어 질 수 있으며 흰개미와 같은 해충의 공격을 받기 쉽습니다. 목재와 같은 천연 재료는 환경 적 관점에서 매력적이지만 특정 모양이나 크기로 구성 요소를 만들려는 엔지니어에게는 불만족 스러울 수 있습니다.

인생을 복사

우리가 찾은 천연 재료를 사용하는 대신 자연에서 영감을 얻은 새로운 재료를 만들면 어떻게 될까요? 이 아이디어는 1970의 연구 커뮤니티에서 관심을 끌기 시작했으며 1990에서 나노 기술 및 나노 제조 방법. 오늘날, 그것은 새로운 과학 연구의 기초, 즉“생체학”– 문자 그대로“생명 복사”의 기초를 형성합니다.

생물학적 세포는 종종 "생명의 빌딩 블록”그들은 가장 작은 단위의 생물이기 때문입니다. 그러나 당신이나 나 같은 다세포 유기체를 만들려면 세포가지지 구조와 함께 응집되어 우리가 만든 생물학적 물질, 뼈, 연골 및 근육과 같은 조직을 형성해야합니다. 생체 모방에 관심이있는 과학자들이 영감을 얻었습니다.

생체 모방 물질을 만들기 위해서는 천연 물질의 작동 방식에 대해 깊이 이해해야합니다. 우리는 천연 재료도“복합물”이라는 것을 알고 있습니다. 그것들은 각각 다른 성질을 가진 여러 가지 다른 기본 재료로 만들어집니다. 복합 재료는 종종 금속과 같은 단일 구성 요소 재료보다 가벼우면서도 강성, 강도 및 인성과 같은 바람직한 특성을 여전히 가지고 있습니다.


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생체 모방 재료 만들기

재료 엔지니어는 뼈와 달걀 껍질과 같은 천연 재료의 구성, 구조 및 특성을 측정하는 데 수십 년을 보냈으므로 이제 그 특성을 잘 이해하고 있습니다.

예를 들어, 뼈는 거의 같은 비율로 수화 된 단백질과 미네랄로 구성되어 있습니다. 미네랄은 강성과 경도를 제공하는 반면 단백질은 인성과 파괴에 대한 저항력을 제공합니다. 뼈가 부러 질 수는 있지만 상대적으로 드물며 자기 치유 – 엔지니어가 생체 모방 재료에 가져 오려고하는 또 다른 기능.

뼈와 마찬가지로 달걀 껍질은 복합 재료이지만 약 95 % 미네랄이고 5 % 수화 된 단백질입니다. 그럼에도 불구하고 소량의 단백질로도 얇은 두께를 고려할 때 달걀 껍질을 매우 힘들게 만들 수 있습니다. 다음 도전은이 지식을 확실한 것으로 바꾸는 것입니다.

천연 재료를 모방하는 두 가지 방법이 있습니다. 재료 자체의 구성을 모방하거나 재료가 만들어진 과정을 복사 할 수 있습니다. 천연 물질은 생물체에 의해 만들어지기 때문에 이러한 방법 중 어느 것도 고온이 없습니다. 이와 같이 생체 모방 재료는“신 뼈”와“신 에그 쉘”이라고 부르며 강철이나 콘크리트보다 생산에 훨씬 적은 에너지를 소비합니다.

실험실에서 우리는 성공에 성공했습니다 센티미터 규모 샘플 네오 본. 우리는 뼈 미네랄을 만드는 성분으로 단백질의 다른 용액을 준비함으로써 이것을합니다. 이어서, 복합 네오-본 재료를 체온에서 생체 모방 방식으로 이들 용액으로부터 침착시킨다. 이 프로세스 또는 개선 된 더 빠른 버전을 산업 수준으로 확장 할 수 없었습니다.

물론 강철과 콘크리트는 어디에나 있으므로 건물을 설계하고 건축하는 방식은 이러한 재료에 최적화되어 있습니다. 생체 모방 재료를 대규모로 사용하려면 건축 자재에 대한 건축 법규와 표준을 완전히 재고해야합니다. 그러나 미래의 도시를 지속 가능한 방식으로 건설하려면 정확히 필요한 것이 무엇인지 다시 생각해보십시오. 과학이 아직 초기 단계에 있지만 이것이 미래에 대해 큰 꿈을 꾸지 못한다는 의미는 아닙니다.

저자에 관하여

Michelle Oyen, 케임브리지 대학교 생명 공학 독자

이 문서는 원래 대화에 등장

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