 Мир неустанно твердит о проблеме глобального потепления, поэтому крайне необходимо уменьшать выбросы СО2. Области, полагающиеся в основном на ископаемое топливо, такие, как энергетика и авиация, считаются главными врагами климата. Но еще одного виновника обычно никто не замечает, хотя находится от прямо перед нашими глазами, на улицах городов и в зданиях, где мы работаем и живем.
Только в 2007 году сталь и бетон были ответственны за большее количество выброшенного в атмосферу СО2, чем вся авиация вместе взятая. Перед тем, как попасть на стройки, сталь и бетон проходят обработку при очень высоких температурах, а на это нужно очень много энергии. Так как же прервать нашу зависимость от таких проблемных материалов, когда они играют ключевую роль в строительстве?
Один из вариантов – использовать натуральные материалы, например, дерево. Люди строили из дерева на протяжении тысяч лет, и в данный момент деревянное строительство переживает что-то вроде эпохи возрождения, отчасти потому, что этот материал дешев и надежен.
Но у дерева есть свои недостатки: оно деформируется в условиях влажности, подвержено паразитам. Натуральные материалы привлекательны с точки зрения сохранения нашей планеты, но требования инженеров-строителей гораздо выше.
А что если, вместо того, чтобы просто использовать натуральные материалы, мы разработаем новые, вдохновленные природой? Идея зародилась еще в 1970-х годах, а в 90-х ученые всерьез взялись за нанотехнологии и методы нанофабрикации. К настоящему дню все эти исследования переродились в новую область – биомиметику, что буквально означает «имитация жизни».
Клетки живых организмов часто называют «кирпичиками жизни», потому что они являются их мельчайшими составляющими. Но для того, чтобы появился многоклеточный организм, клетки собираются в одно целое и формируют ткани – мышечную, костную, хрящевую. Ученые, занимающиеся биомиметикой, вдохновляются именно такими материалами.
Для того, чтобы создать биомиметеческий материал, нужно хорошо изучить живую ткань.
Натуральные материалы являются также композитными: они состоят из различных базовых материалов с разными свойствами. Композитные материалы обычно легче, чем материалы, состоящие из одного компонента (например, металлы), но при этом такие же крепкие и прочные.
Инженеры-биомиметики провели годы, изучая свойства и структуру таких натуральных материалов, как кость и яичная скорлупа, и накопили достаточно знаний об их характеристиках.
Например, известно, что кость состоит из гидратированного протеина и минералов, приблизительно в равных пропорциях. Минералы обеспечивают твердость, протеин – прочность и сопротивление к повреждениям. Кости, конечно, можно сломать, но переломы относительно редки, к тому же, кости имеют свойство самостоятельно срастаться. Это последнее свойство биомиметики изучают особо тщательно.
Яичная скорлупа – тоже композитный материал, но состоит примерно из 95% минералов и только 5% протеина. Но и такое количество делает яичную скорлупу достаточно прочной при такой толщине (поразмыслите над этим, разбивая яйцо во время следующего завтрака).
Теперь все эти знания нужно применить на практике.
Существует два способа имитировать натуральные материалы. Можно скопировать либо структуру материала, либо процесс, благодаря которому материал создается. Натуральные материалы создаются живыми существами, так что, никаких высоких температур не требуется ни в том, ни в другом случае. Таким образом, для производства биомиметических материалов, назовем их «нео-кость» и «нео-скорлупа», требуется гораздо меньше энергии, чем на производство стали или бетона.
Учеными были созданы небольшие образцы нео-кости. Для этого потребовались растворы протеинов и минеральные компоненты. Точно так же нео-кость может быть изготовлена в производственных масштабах.
Конечно, так как повсюду используется сталь и бетон, здания проектируются в соответствии с характеристиками этих материалов. Для того, чтобы начать широко использовать биомиметические материалы, придется полностью переосмыслить стандарты строительства. Но, если мы хотим сохранить планету, подумать о будущем, будет, пожалуй, невредно.
Биомиметика – еще совсем молодая наука, но это не значит, что мы не можем мечтать о большом будущем для нее.
|
