क्या भविष्य की इमारतें हड्डी और अंडे के छिलके से बन सकती हैं?

क्या भविष्य की इमारतें हड्डी और अंडे के छिलके से बन सकती हैं?

जैसा कि दुनिया के साथ जूझता है जलवायु परिवर्तन, हम तुरंत हमारे CO। उत्सर्जन को कम करने के तरीके खोजने की जरूरत है। क्षेत्र जो ऊर्जा और जैसे जीवाश्म ईंधन पर बहुत अधिक निर्भर करते हैं विमानन, आमतौर पर सबसे खराब अपराधी माना जाता है। लेकिन ज्यादातर लोगों को जो एहसास नहीं होता है, वह यह है कि एक और अपराधी, सादा दृष्टि में छिपा होता है; हमारे शहरों की सड़कों पर, और उन इमारतों में जहाँ हम रहते हैं और काम करते हैं।

अकेले 2007 में, स्टील और कंक्रीट पूरे वैश्विक विमानन उद्योग की तुलना में अधिक CO₂ उत्सर्जन के लिए प्रत्येक जिम्मेदार थे। निर्माण स्थल पर पहुंचने से पहले, स्टील और सीमेंट दोनों को बहुत उच्च तापमान पर संसाधित किया जाना चाहिए - और इसमें बहुत अधिक ऊर्जा होती है। तो हम इन "गंदे" सामग्रियों पर अपनी निर्भरता को कैसे कम कर सकते हैं, जब वे निर्माण में इतनी महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं?

एक विकल्प लकड़ी जैसे प्राकृतिक सामग्री का उपयोग करना है। मनुष्य के लिए लकड़ी के साथ निर्माण किया गया है हजारो वर्ष, और लकड़ी के ढांचे हैं वर्तमान में एक मामूली पुनरुत्थान का अनुभव कर रहा है - आंशिक रूप से क्योंकि यह एक सस्ती और टिकाऊ सामग्री है।

लेकिन कुछ हैं लकड़ी के साथ निर्माण करने के लिए नुकसान; सामग्री आर्द्र परिस्थितियों में ताना मार सकती है, और दीमक जैसे कीटों द्वारा हमला करने के लिए अतिसंवेदनशील है। और जबकि प्राकृतिक सामग्री, जैसे कि लकड़ी, एक पर्यावरणीय दृष्टिकोण से अपील कर रहे हैं, वे इंजीनियरों के लिए असंतोषजनक हो सकते हैं जो एक विशिष्ट आकार या आकार में घटक बनाने की इच्छा कर सकते हैं।

जीवन की नकल

तो क्या हुआ अगर, प्राकृतिक सामग्री का उपयोग करने के बजाय जैसा कि हम उन्हें ढूंढते हैं, हम नई सामग्री बनाते हैं जो प्रकृति से प्रेरित हैं? इस विचार ने 1970s में अनुसंधान समुदाय में कर्षण हासिल करना शुरू कर दिया और वास्तव में 1990s में विस्फोट हो गया, जिसके विकास के साथ नैनोटेक्नोलॉजी और नैनोफाइब्रेशन मेथड्स। आज, यह वैज्ञानिक अनुसंधान के एक नए क्षेत्र का आधार बनाता है: अर्थात्, "बायोमेटिक्स" - शाब्दिक रूप से "जीवन की नकल"।

जैविक कोशिकाओं को अक्सर “के रूप में जाना जाता है।जीवन के निर्माण खंड”, क्योंकि वे जीवित पदार्थ की सबसे छोटी इकाइयाँ हैं। लेकिन आपके या मेरे जैसे एक बहु-कोशिकीय जीव बनाने के लिए, कोशिकाओं को एक समर्थन संरचना के साथ मिलकर उन जैविक सामग्रियों को बनाना चाहिए, जिनसे हम बने हैं, जैसे कि हड्डी, उपास्थि और मांसपेशियों के ऊतकों। यह इन जैसी सामग्री है, जिसे बायोमेटिक्स में रुचि रखने वाले वैज्ञानिकों ने प्रेरणा के लिए बदल दिया है।

बायोमिमेटिक सामग्री बनाने के लिए, हमें यह समझने की आवश्यकता है कि प्राकृतिक सामग्री कैसे काम करती है। हम जानते हैं कि प्राकृतिक सामग्री भी "कंपोजिट" हैं: वे कई अलग-अलग आधार सामग्री से बने होते हैं, प्रत्येक अलग-अलग गुणों के साथ। कंपोजिट सामग्री अक्सर एकल घटक सामग्री, जैसे कि धातु से हल्की होती है, जबकि अभी भी वांछनीय गुण जैसे कि कठोरता, ताकत और क्रूरता होती है।


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बायोमिमेटिक सामग्री बनाना

सामग्री इंजीनियरों ने हड्डियों और अंडे के छिलके जैसी प्राकृतिक सामग्री की संरचना, संरचना और गुणों को मापने में दशकों का समय बिताया है, इसलिए अब हमें उनकी विशेषताओं की अच्छी समझ है।

उदाहरण के लिए, हम जानते हैं कि हड्डी लगभग समान अनुपात में हाइड्रेटेड प्रोटीन और खनिज से बना है। खनिज कठोरता और कठोरता को दर्शाता है, जबकि प्रोटीन कठोरता और फ्रैक्चर के प्रतिरोध को मानता है। हालांकि हड्डियां टूट सकती हैं, यह अपेक्षाकृत दुर्लभ है, और उनके होने का लाभ है आत्म चिकित्सा - एक अन्य विशेषता जो इंजीनियर बायोमिमेटिक सामग्री को लाने की कोशिश कर रहे हैं।

हड्डी की तरह, एगशेल एक मिश्रित सामग्री है, लेकिन यह 95% खनिज और केवल 5% हाइड्रेटेड प्रोटीन के आसपास है। फिर भी, प्रोटीन की थोड़ी मात्रा अंडों को बहुत सख्त बनाने के लिए पर्याप्त है, इसकी पतलीता को देखते हुए - जैसा कि अधिकांश नाश्ते के रसोइयों ने देखा होगा। अगली चुनौती इस ज्ञान को किसी ठोस चीज में बदलने की है।

प्राकृतिक सामग्रियों की नकल करने के दो तरीके हैं। या तो आप सामग्री की संरचना की नकल कर सकते हैं, या आप उस प्रक्रिया की नकल कर सकते हैं जिसके द्वारा सामग्री बनाई गई थी। चूंकि प्राकृतिक सामग्री जीवित प्राणियों द्वारा बनाई गई हैं, इसलिए इन तरीकों में से कोई भी उच्च तापमान शामिल नहीं है। जैसे, बायोमिमेटिक सामग्री - चलो उन्हें "नव-अस्थि" और "नव-अंडशेल" कहते हैं - स्टील या कंक्रीट की तुलना में उत्पादन करने के लिए बहुत कम ऊर्जा लेते हैं।

प्रयोगशाला में, हम बनाने में सफल रहे हैं सेंटीमीटर-स्केल नमूने नव-हड्डी का। हम हड्डियों के खनिज बनाने वाले घटकों के साथ प्रोटीन के विभिन्न समाधान तैयार करके ऐसा करते हैं। एक समग्र नव-अस्थि सामग्री को शरीर के तापमान पर बायोमिमेटिक तरीके से इन समाधानों से जमा किया जाता है। कोई कारण नहीं है कि यह प्रक्रिया - या एक बेहतर, तेज संस्करण है - इसे औद्योगिक स्तर तक नहीं बढ़ाया जा सकता है।

बेशक, स्टील और कंक्रीट हर जगह हैं, इसलिए जिस तरह से हम डिजाइन और निर्माण करते हैं, वह इन सामग्रियों के लिए अनुकूलित है। बड़े पैमाने पर बायोमिमेटिक सामग्री का उपयोग शुरू करने के लिए, हमें निर्माण सामग्री के लिए हमारे बिल्डिंग कोड और मानकों को पूरी तरह से पुनर्विचार करने की आवश्यकता होगी। लेकिन फिर, अगर हम भविष्य के शहरों को एक स्थायी तरीके से बनाना चाहते हैं, तो शायद एक महत्वपूर्ण पुनर्विचार की आवश्यकता है। विज्ञान अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि हम भविष्य के बारे में बड़ा सपना नहीं देख सकते हैं।

लेखक के बारे में

मिशेल ओयन, बायोइंजीनियरिंग में रीडर, कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय

यह आलेख मूल रूप बातचीत पर दिखाई दिया

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