همانطور که جهان با تغییر آب و هواما فوراً باید راههایی برای کاهش انتشار دیاکسید کربن خود پیدا کنیم. بخشهایی که به شدت به سوختهای فسیلی وابسته هستند، مانند انرژی و هوانوردی، معمولاً بدترین مجرمین تلقی میشوند. اما چیزی که اکثر مردم متوجه آن نیستند این است که مجرم دیگری هم وجود دارد که در معرض دید عموم پنهان شده است؛ در خیابانهای شهرهای ما و در ساختمانهایی که در آن زندگی و کار میکنیم.
فقط در 2007 ، فولاد و بتن هر کدام از آنها مسئول انتشار CO2 بیشتری نسبت به کل صنعت هوانوردی جهان بودند. فولاد و سیمان قبل از رسیدن به محل ساخت و ساز باید در دماهای بسیار بالا فرآوری شوند - و این کار انرژی زیادی میطلبد. بنابراین چگونه میتوانیم وابستگی خود را به این مواد "کثیف" کاهش دهیم، در حالی که آنها چنین نقش حیاتی در ساخت و ساز دارند؟
یک گزینه استفاده از مواد طبیعی مانند چوب است. انسانها از دیرباز با چوب ساختمانسازی میکردهاند. هزاران سالو سازههای چوبی در حال حاضر شاهد یک تجدید حیات جزئی است – تا حدودی به این دلیل که مادهای ارزان و پایدار است.
اما بعضیها هستند معایب ساخت و ساز با چوباین ماده میتواند در شرایط مرطوب تاب بردارد و در برابر حمله آفاتی مانند موریانه آسیبپذیر است. و اگرچه مواد طبیعی مانند چوب از دیدگاه زیستمحیطی جذاب هستند، اما میتوانند برای مهندسانی که مایل به ساخت قطعات با شکل یا اندازه خاص هستند، رضایتبخش نباشند.
کپی کردن زندگی
پس چه میشود اگر به جای استفاده از مواد طبیعی همانطور که آنها را پیدا میکنیم، مواد جدیدی بسازیم که از طبیعت الهام گرفته شدهاند؟ این ایده در دهه ۱۹۷۰ در جامعه تحقیقاتی مورد توجه قرار گرفت و واقعاً در دهه ۱۹۹۰ با توسعه ... به اوج خود رسید. فناوری نانو و روشهای ساخت نانوامروزه، این موضوع اساس یک حوزه جدید از تحقیقات علمی را تشکیل میدهد: یعنی «زیستتقلید» - که به معنای واقعی کلمه «کپی کردن زندگی» است.
سلولهای بیولوژیکی اغلب به عنوان "بلوکهای سازندهی زندگی«زیرا آنها کوچکترین واحدهای ماده زنده هستند. اما برای ایجاد یک موجود زنده چند سلولی مانند من یا شما، سلولها باید با یک ساختار پشتیبان به هم بچسبند تا مواد بیولوژیکی که از آنها ساخته شدهایم، بافتهایی مانند استخوان، غضروف و ماهیچه، را تشکیل دهند. دانشمندان علاقهمند به زیست تقلید به این مواد برای الهام گرفتن روی آوردهاند.
برای ساخت مواد بیومیمتیک، باید درک عمیقی از نحوه عملکرد مواد طبیعی داشته باشیم. میدانیم که مواد طبیعی نیز «کامپوزیت» هستند: آنها از چندین ماده پایه مختلف ساخته شدهاند که هر کدام خواص متفاوتی دارند. مواد کامپوزیت اغلب از مواد تک جزئی مانند فلزات سبکتر هستند، در حالی که همچنان خواص مطلوبی مانند سختی، استحکام و چقرمگی را دارند.
ساخت مواد بیومیمتیک
مهندسان مواد دههها صرف اندازهگیری ترکیب، ساختار و خواص مواد طبیعی مانند استخوان و پوسته تخممرغ کردهاند، بنابراین اکنون درک خوبی از ویژگیهای آنها داریم.
برای مثال، ما میدانیم که استخوان از پروتئین هیدراته و مواد معدنی، تقریباً به نسبت مساوی، تشکیل شده است. مواد معدنی باعث سفتی و سختی میشوند، در حالی که پروتئین باعث استحکام و مقاومت در برابر شکستگی میشود. اگرچه استخوانها میتوانند بشکنند، اما این اتفاق نسبتاً نادر است و آنها از این مزیت برخوردارند که ... بهبودی – یکی دیگر از ویژگیهایی که مهندسان در تلاشند تا به مواد زیستتقلیدی اضافه کنند.
پوسته تخم مرغ مانند استخوان یک ماده کامپوزیت است، اما حدود ۹۵٪ مواد معدنی و تنها ۵٪ پروتئین هیدراته دارد. با این حال، حتی همین مقدار کم پروتئین هم با توجه به نازکی پوسته تخم مرغ، برای استحکام آن کافی است - همانطور که اکثر آشپزهای صبحانه متوجه شدهاند. چالش بعدی تبدیل این دانش به چیزی محکم است.
دو راه برای تقلید از مواد طبیعی وجود دارد. یا میتوانید ترکیب خود ماده را تقلید کنید، یا میتوانید فرآیندی را که طی آن ماده ساخته شده است، کپی کنید. از آنجایی که مواد طبیعی توسط موجودات زنده ساخته میشوند، در هیچ یک از این روشها دمای بالایی وجود ندارد. به همین دلیل، مواد بیومیمتیک - که بیایید آنها را "استخوان جدید" و "پوسته تخم مرغ جدید" بنامیم - برای تولید به انرژی بسیار کمتری نسبت به فولاد یا بتن نیاز دارند.
در آزمایشگاه، ما موفق به ساخت نمونههایی در مقیاس سانتیمتر نئو-بون. ما این کار را با تهیه محلولهای مختلف پروتئین با اجزایی که ماده معدنی استخوان را تشکیل میدهند، انجام میدهیم. سپس یک ماده نئو-بون کامپوزیتی از این محلولها به شیوهای بیومیمتیک در دمای بدن رسوب داده میشود. هیچ دلیلی وجود ندارد که این فرآیند - یا یک نسخه بهبود یافته و سریعتر از آن - نتواند در سطح صنعتی به کار گرفته شود.
البته، فولاد و بتن همه جا هستند، بنابراین نحوه طراحی و ساخت ساختمانها برای این مصالح بهینه شده است. برای شروع استفاده از مصالح بیومیمتیک در مقیاس بزرگ، باید به طور کامل در مورد ضوابط و استانداردهای ساختمانی خود برای مصالح ساختمانی تجدید نظر کنیم. اما اگر بخواهیم شهرهای آینده را به روشی پایدار بسازیم، شاید یک تجدید نظر اساسی دقیقاً همان چیزی باشد که مورد نیاز است. این علم هنوز در مراحل ابتدایی خود است، اما این بدان معنا نیست که نمیتوانیم در مورد آینده رویاهای بزرگ داشته باشیم.
درباره نویسنده
این مقاله در ابتدا در The Conversation منتشر شد.
کتابهای مرتبط
زندگی پس از کربن: دگرگونی جهانی بعدی شهرها
by Peter Plastrik، جان کلیولند
آینده شهرهای ما دیگر آن چیزی نیست که قبلاً بود. مدل شهر مدرن که در قرن بیستم در سطح جهانی رواج یافت، دیگر کارایی خود را از دست داده است. این مدل نمیتواند مشکلاتی را که در ایجاد آنها نقش داشته است - به ویژه گرمایش جهانی - حل کند. خوشبختانه، مدل جدیدی برای توسعه شهری در شهرها در حال ظهور است تا به طور جدی با واقعیتهای تغییرات اقلیمی مقابله کند. این مدل، نحوه طراحی و استفاده شهرها از فضای فیزیکی، تولید ثروت اقتصادی، مصرف و دفع منابع، بهرهبرداری و حفظ اکوسیستمهای طبیعی و آماده شدن برای آینده را تغییر میدهد. موجود در آمازون
انقراض ششم: تاریخ غیر طبیعی
نوشته الیزابت کولبرت
در طول نیم میلیارد سال گذشته، پنج انقراض دسته جمعی رخ داده است که در آنها تنوع حیات روی زمین به طور ناگهانی و چشمگیری کاهش یافته است. دانشمندان در سراسر جهان در حال حاضر ششمین انقراض را زیر نظر دارند که پیشبینی میشود ویرانگرترین رویداد انقراض از زمان برخورد سیارکی باشد که دایناسورها را از بین برد. این بار، فاجعه ما هستیم. با نثری که همزمان صریح، سرگرمکننده و عمیقاً آگاهانه است، نیویورکر الیزابت کولبرت، نویسنده، به ما میگوید که چرا و چگونه انسانها زندگی روی کره زمین را به گونهای تغییر دادهاند که هیچ گونهای پیش از این چنین نکرده است. کولبرت با در هم آمیختن تحقیقات در شش رشته علمی، توصیف گونههای جذابی که قبلاً منقرض شدهاند و تاریخچه انقراض به عنوان یک مفهوم، روایتی تکاندهنده و جامع از ناپدید شدنهایی که در مقابل چشمان ما اتفاق میافتند، ارائه میدهد. او نشان میدهد که ششمین انقراض احتمالاً ماندگارترین میراث بشر خواهد بود و ما را وادار میکند تا در مورد سوال اساسی معنای انسان بودن تجدید نظر کنیم. موجود در آمازون
جنگهای اقلیمی: مبارزه برای بقا در حالی که جهان بیش از حد گرم میشود
نوشتهی گوین دایر
امواج پناهندگان اقلیمی. دهها دولت شکستخورده. جنگ تمامعیار. از یکی از تحلیلگران بزرگ ژئوپلیتیک جهان، نگاهی اجمالی و ترسناک به واقعیتهای استراتژیک آینده نزدیک ارائه میشود، زمانی که تغییرات اقلیمی قدرتهای جهان را به سمت سیاستهای بیرحمانه بقا سوق میدهد. پیشگو و مصمم، جنگهای اقلیمی یکی از مهمترین کتابهای سالهای آینده خواهد بود. آن را بخوانید و بفهمید که به چه سمتی میرویم. موجود در آمازون
از ناشر:
خریدهای آمازون هزینهی آوردن شما را جبران میکند InnerSelf.com, MightyNatural.com, و ClimateImpactNews.com بدون هیچ هزینهای و بدون تبلیغاتی که عادات مرور شما را ردیابی میکنند. حتی اگر روی یک لینک کلیک کنید اما این محصولات انتخاب شده را خریداری نکنید، هر چیز دیگری که در همان بازدید در آمازون خریداری کنید، کمیسیون کمی به ما پرداخت میکند. هیچ هزینه اضافی برای شما وجود ندارد، بنابراین لطفاً در این تلاش مشارکت کنید. شما همچنین میتوانید از این لینک استفاده کنید برای استفاده در هر زمانی از آمازون، تا بتوانید از تلاشهای ما حمایت کنید.
