¿Podrían construirse futuros edificios con huesos y cáscaras de huevo?

¿Podrían construirse futuros edificios con huesos y cáscaras de huevo?

Mientras el mundo lucha con cambio climático, necesitamos urgentemente encontrar formas de reducir nuestras emisiones de CO₂. Sectores que dependen en gran medida de los combustibles fósiles, como la energía y aviación, comúnmente se consideran los peores delincuentes. Pero lo que la mayoría de la gente no se da cuenta es que hay otro culpable, que se esconde a plena vista; en las calles de nuestras ciudades y en los edificios donde vivimos y trabajamos.

Solo en 2007, acero y concreto fueron responsables de más emisiones de CO₂ que toda la industria de la aviación mundial. Antes de llegar al sitio de construcción, tanto el acero como el cemento deben procesarse a temperaturas muy altas, y esto requiere mucha energía. Entonces, ¿cómo podemos reducir nuestra dependencia de estos materiales "sucios", cuando juegan un papel tan crucial en la construcción?

Una opción es utilizar materiales naturales, como la madera. Los humanos han estado construyendo con madera para miles de años, y las estructuras de madera son Actualmente experimenta un resurgimiento menor - en parte porque es un material barato y sostenible.

Pero hay algunos desventajas de construir con madera; El material puede deformarse en condiciones húmedas y es susceptible al ataque de plagas como las termitas. Y aunque los materiales naturales, como la madera, son atractivos desde una perspectiva ambiental, pueden ser insatisfactorios para los ingenieros que deseen fabricar componentes en una forma o tamaño específico.

Copiando la vida

Entonces, ¿qué pasa si, en lugar de usar materiales naturales como los encontramos, hacemos nuevos materiales inspirados en la naturaleza? Esta idea comenzó a ganar fuerza en la comunidad de investigación en los 1970 y realmente explotó en los 1990, con el desarrollo de nanotecnología y métodos de nanofabricación. Hoy, forma la base de un nuevo campo de investigación científica: a saber, "biomiméticos", literalmente "copiar la vida".

Las células biológicas a menudo se denominan "los bloques de construcción de la vida", Porque son las unidades más pequeñas de materia viva. Pero para crear un organismo multicelular como usted o yo, las células deben agruparse con una estructura de soporte para formar los materiales biológicos de los que estamos hechos, tejidos como huesos, cartílagos y músculos. Son materiales como estos, a los que los científicos interesados ​​en biomiméticos han recurrido en busca de inspiración.

Para hacer materiales biomiméticos, necesitamos tener una comprensión profunda de cómo funcionan los materiales naturales. Sabemos que los materiales naturales también son "compuestos": están hechos de múltiples materiales base diferentes, cada uno con diferentes propiedades. Los materiales compuestos a menudo son más livianos que los materiales de un solo componente, como los metales, y aún tienen propiedades deseables, como rigidez, resistencia y tenacidad.


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Fabricación de materiales biomiméticos.

Los ingenieros de materiales han pasado décadas midiendo la composición, estructura y propiedades de materiales naturales como el hueso y la cáscara de huevo, por lo que ahora tenemos una buena comprensión de sus características.

Por ejemplo, sabemos que el hueso está compuesto de proteínas y minerales hidratados, en proporciones casi iguales. El mineral confiere rigidez y dureza, mientras que la proteína confiere tenacidad y resistencia a la fractura. Aunque los huesos pueden romperse, es relativamente raro y tienen el beneficio de ser la auto-sanación - Otra característica que los ingenieros están tratando de aportar a los materiales biomiméticos.

Al igual que el hueso, la cáscara de huevo es un material compuesto, pero contiene alrededor de 95% de mineral y solo 5% de proteína hidratada. Sin embargo, incluso esa pequeña cantidad de proteína es suficiente para hacer que la cáscara de huevo sea muy dura, teniendo en cuenta su delgadez, como la mayoría de los cocineros del desayuno habrán notado. El próximo desafío es convertir este conocimiento en algo sólido.

Hay dos formas de imitar materiales naturales. Puede imitar la composición del material en sí, o puede copiar el proceso por el cual se hizo el material. Dado que los materiales naturales están hechos por criaturas vivientes, no hay altas temperaturas involucradas en ninguno de estos métodos. Como tal, los materiales biomiméticos, llamémoslos "neo-hueso" y "neo-cáscara de huevo", requieren mucha menos energía para producir que el acero o el hormigón.

En el laboratorio, hemos logrado hacer muestras a escala centimétrica de neo-hueso. Hacemos esto preparando diferentes soluciones de proteínas con los componentes que producen mineral óseo. Luego se deposita un material compuesto de neo-hueso a partir de estas soluciones de manera biomimética a la temperatura corporal. No hay razón para que este proceso, o una versión mejorada y más rápida del mismo, no pueda ampliarse a nivel industrial.

Por supuesto, el acero y el hormigón están en todas partes, por lo que la forma en que diseñamos y construimos edificios está optimizada para estos materiales. Para comenzar a utilizar materiales biomiméticos a gran escala, tendríamos que repensar completamente nuestros códigos y estándares de construcción para materiales de construcción. Pero entonces, si queremos construir ciudades futuras de una manera sostenible, quizás un replanteamiento importante es exactamente lo que se necesita. La ciencia aún está en pañales, pero eso no significa que no podamos soñar en grande con el futuro.

Sobre el Autor

Michelle Oyen, Lectora en Bioingeniería, Universidad de Cambridge

Este artículo fue publicado originalmente en la conversación

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