Bisakah Bangunan Masa Depan Dibuat dari Tulang dan Kulit Telur?

Saat dunia bergulat dengan perubahan iklim, we urgently need to find ways of reducing our CO? emissions. Sectors which rely heavily on fossil fuels, such as energy and penerbangan, umumnya dianggap sebagai pelanggar terburuk. Tapi apa yang kebanyakan orang tidak sadari adalah ada pelakunya, bersembunyi di depan mata; di jalan-jalan kota kami, dan di gedung tempat kami tinggal dan bekerja.

Di 2007 saja, baja dan beton were each responsible for more CO? emissions than the entire global aviation industry. Before reaching the construction site, both steel and cement must be processed at very high temperatures – and this takes a lot of energy. So how can we reduce our dependence on these “dirty” materials, when they play such a crucial role in construction?

Salah satu pilihan adalah menggunakan bahan alami, seperti kayu. Manusia telah membangun dengan kayu ribuan tahun, dan struktur kayu saat ini mengalami kebangkitan kecil - sebagian karena itu adalah bahan yang murah dan berkelanjutan.

Tetapi ada beberapa Kerugian dari membangun dengan kayu; bahan dapat melengkung dalam kondisi lembab, dan rentan terhadap serangan hama seperti rayap. Dan sementara bahan alami, seperti kayu, menarik dari perspektif lingkungan, mereka mungkin tidak memuaskan bagi para insinyur yang mungkin ingin membuat komponen dalam bentuk atau ukuran tertentu.

Menyalin kehidupan

Jadi bagaimana jika, alih-alih menggunakan bahan alami seperti yang kita temukan, kita membuat bahan baru yang terinspirasi oleh alam? Ide ini mulai mendapatkan daya tarik di komunitas penelitian di 1970s dan benar-benar meledak di 1990s, dengan perkembangan nanoteknologi dan metode nanofabrikasi. Saat ini, ia membentuk dasar dari bidang baru penelitian ilmiah: yaitu, “biomimetika” - secara harfiah “menyalin kehidupan”.


grafis berlangganan batin


Sel biologis sering disebut sebagai "blok bangunan kehidupan”, Karena mereka adalah unit terkecil dari materi kehidupan. Tetapi untuk membuat organisme multi-seluler seperti Anda atau saya, sel harus menggumpal bersama dengan struktur pendukung untuk membentuk bahan biologis yang kami buat, jaringan seperti tulang, tulang rawan, dan otot. Ini adalah bahan-bahan seperti ini, yang menjadi tujuan para ilmuan yang tertarik pada biomimetika.

Untuk membuat bahan biomimetik, kita perlu memiliki pemahaman yang mendalam tentang cara kerja bahan alami. Kita tahu bahwa bahan alami juga "komposit": mereka dibuat dari berbagai bahan dasar, masing-masing dengan sifat yang berbeda. Bahan komposit seringkali lebih ringan daripada bahan komponen tunggal, seperti logam, sementara masih memiliki sifat yang diinginkan seperti kekakuan, kekuatan dan ketangguhan.

Membuat bahan biomimetik

Insinyur bahan telah menghabiskan waktu puluhan tahun untuk mengukur komposisi, struktur, dan sifat-sifat bahan alami seperti tulang dan kulit telur, jadi sekarang kita memiliki pemahaman yang baik tentang karakteristiknya.

Misalnya, kita tahu bahwa tulang tersusun atas protein dan mineral terhidrasi, dalam proporsi yang hampir sama. Mineral ini memberikan kekakuan dan kekerasan, sementara protein memberikan ketangguhan dan ketahanan terhadap fraktur. Meskipun tulang dapat patah, itu relatif jarang, dan mereka memiliki manfaat penyembuhan diri - Fitur lain yang coba dibawa oleh para insinyur ke bahan biomimetik.

Seperti tulang, cangkang telur adalah bahan komposit, tetapi sekitar 95% mineral dan hanya 5% protein terhidrasi. Namun jumlah protein yang kecil saja sudah cukup untuk membuat kulit telur sangat keras, mengingat ketipisannya - seperti yang diketahui oleh kebanyakan koki sarapan. Tantangan selanjutnya adalah mengubah pengetahuan ini menjadi sesuatu yang solid.

Ada dua cara untuk meniru bahan alami. Entah Anda dapat meniru komposisi bahan itu sendiri, atau Anda dapat menyalin proses yang digunakan bahan itu. Karena bahan alami dibuat oleh makhluk hidup, tidak ada suhu tinggi yang terlibat dalam kedua metode ini. Karena itu, bahan biomimetik - sebut saja "neo-bone" dan "neo-eggshell" - mengambil lebih sedikit energi untuk diproduksi daripada baja atau beton.

Di laboratorium, kami telah berhasil membuat sampel skala sentimeter dari neo-tulang. Kami melakukan ini dengan menyiapkan berbagai solusi protein dengan komponen yang membuat mineral tulang. Material neo-tulang komposit kemudian diendapkan dari larutan ini secara biomimetik pada suhu tubuh. Tidak ada alasan bahwa proses ini - atau versi perbaikan yang lebih cepat - tidak dapat ditingkatkan ke tingkat industri.

Tentu saja, baja dan beton ada di mana-mana, jadi cara kami merancang dan membangun bangunan dioptimalkan untuk material ini. Untuk mulai menggunakan bahan biomimetik dalam skala besar, kita perlu memikirkan kembali kode bangunan dan standar kita untuk bahan bangunan. Tetapi kemudian, jika kita ingin membangun kota masa depan secara berkelanjutan, mungkin pemikiran ulang yang utama adalah yang dibutuhkan. Ilmu pengetahuan masih dalam masa pertumbuhan, tetapi itu tidak berarti kita tidak bisa bermimpi besar tentang masa depan.

tentang Penulis

Michelle Oyen, Pembaca di Bioteknologi, Universitas Cambridge

Artikel ini awalnya muncul pada Percakapan The

Buku terkait

Life After Carbon: Transformasi Global Kota Berikutnya

by Peter Plastrik, John Cleveland
1610918495Masa depan kota-kota kita tidak seperti dulu. Model kota modern yang berlaku secara global pada abad ke-20 telah melampaui kegunaannya. Itu tidak bisa menyelesaikan masalah yang diciptakannya — terutama pemanasan global. Untungnya, model baru untuk pembangunan perkotaan muncul di kota-kota untuk secara agresif mengatasi realitas perubahan iklim. Ini mengubah cara kota merancang dan menggunakan ruang fisik, menghasilkan kekayaan ekonomi, mengkonsumsi dan membuang sumber daya, mengeksploitasi dan mempertahankan ekosistem alami, dan mempersiapkan masa depan. Tersedia di Amazon

Kepunahan Keenam: Sejarah yang Tidak Alami

oleh Elizabeth Kolbert
1250062187Selama setengah miliar tahun terakhir, telah ada Lima kepunahan massal, ketika keanekaragaman kehidupan di bumi tiba-tiba dan secara dramatis menyusut. Para ilmuwan di seluruh dunia saat ini sedang memantau kepunahan keenam, yang diprediksikan sebagai peristiwa kepunahan paling dahsyat sejak dampak asteroid yang memusnahkan dinosaurus. Kali ini, bencana adalah kita. Dalam prosa yang bersifat jujur, menghibur, dan sangat informasi, New Yorker penulis Elizabeth Kolbert memberi tahu kita mengapa dan bagaimana manusia telah mengubah kehidupan di planet ini dengan cara yang tidak dimiliki spesies sebelumnya. Menjalin penelitian dalam setengah lusin disiplin ilmu, deskripsi spesies menarik yang telah hilang, dan sejarah kepunahan sebagai sebuah konsep, Kolbert memberikan catatan bergerak dan komprehensif tentang penghilangan yang terjadi di depan mata kita. Dia menunjukkan bahwa kepunahan keenam kemungkinan merupakan warisan umat manusia yang paling abadi, memaksa kita untuk memikirkan kembali pertanyaan mendasar tentang apa artinya menjadi manusia. Tersedia di Amazon

Perang Iklim: Perjuangan untuk Bertahan Hidup saat Dunia Terlalu Panas

oleh Gwynne Dyer
1851687181Gelombang pengungsi iklim. Lusinan negara gagal. Perang habis-habisan. Dari salah satu analis geopolitik besar dunia, muncul sekilas menakutkan realitas strategis dalam waktu dekat, ketika perubahan iklim mendorong kekuatan dunia ke arah politik kelangsungan hidup yang sangat ketat. Prescient dan gigih, Perang Iklim akan menjadi salah satu buku paling penting di tahun-tahun mendatang. Bacalah dan cari tahu apa tujuan kami. Tersedia di Amazon

Dari Penerbit:
Pembelian di Amazon digunakan untuk membiayai biaya membawa Anda InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, dan ClimateImpactNews.com tanpa biaya dan tanpa pengiklan yang melacak kebiasaan browsing Anda. Sekalipun Anda mengeklik tautan tetapi tidak membeli produk-produk terpilih ini, apa pun yang Anda beli dalam kunjungan yang sama di Amazon memberi kami komisi kecil. Tidak ada biaya tambahan untuk Anda, jadi silakan berkontribusi untuk upaya ini. Anda juga bisa menggunakan link ini untuk digunakan ke Amazon kapan saja sehingga Anda dapat membantu mendukung upaya kami.