在最近一次从纽约到波士顿的高速公路上，长达一个小时的交通堵塞让一个阳光明媚的早晨刹住了车。

“这一定是个意外，”我想。

但当我终于挤过了一条仍在行驶的车道时，我才意识到延误的真正原因:一辆自动倾卸卡车在一辆闪着警灯的警车前面艰难前行，两名男子正从卡车后部铲出冰冷的沥青。

他们扔粒状位到所有冬季坑洞，他们可以发现和我们所有的计数驾驶者夯实下来。路旁，我看到至少这些片段的四分之一实际上结束了。

我不敢相信，但这让我想到了一些材料和一些已经开发出来的聪明的创新，它们本来可以避免成千上万的通勤者的昂贵的延误，更不用说坑坑洼洼所造成的破坏了。

除了成本问题是安全的 - 这是不平凡的，因为最近在尼泊尔的事件表明。以更低的成本提供更不容易受到材料可以挽救生命。

潜在的环境风险也很高。从减少温室气体排放和在混凝土生产过程中使用能源，到消除维护和延长材料寿命，可以从更智能和更安全的结构演变出一个新的利益世界。

生物学能帮助“哑材料”变得更聪明吗?

其中一项创新是Erik Schlangen和他的土木工程团队在代尔夫特理工大学在荷兰。他们在传统的沥青和骨料混合物中加入了另一种成分:钢铁。

钢的目的不是结构性的，但是。它薄股线作为散热片，如咖啡师的把一个金属勺到玻璃中添加热液体之前的特技。勺子的较低的热容量的手段，其温度会升高快于脆性玻璃，从而防止其破碎。

当感应加热器经过沥青时，金属达到足够高的温度来熔化沥青并填满任何裂缝。然后，沥青变硬，并密封的裂缝时，热量被删除。

Schlangen在荷兰的一条公路上安装了一个400米的试验段，这项技术仍处于开发阶段，这让Schlangen倍受鼓舞。他估计，他们所谓的“治愈机器”每四年通过一次，将使普通道路的寿命延长一倍，仅在资本改善成本方面就节省了大量资金。

虽然不完全是“自愈合”，因为人们仍然要运行热源机，荷兰沥青的例子是一个不断增长的智能材料集团的一部分，将增加耐久性和弹性我们的结构。

自然为这些创新提供了一些模型，但是认识到从生物学到技术转化的局限性是很重要的。

在许多自然过程中，复杂的信息传递驱动着这些日常的奇迹。例如，当你划伤皮肤时，你的身体会立即做出反应。

皮肤上数以百万计的微小神经末梢中，有些发出了身体收缩伤口部位血管的信号。从破裂的血管中渗出的酶使血小板向该部位流动，以堵塞裂口并与凝血蛋白形成纤维蛋白网。这张网最终会在伤口上形成熟悉的痂。

一旦出血得到控制，身体发出的白血细胞，以打击任何异物。当流量和感染进行控制，成纤维细胞被发送到该站点，以产生胶原蛋白以重建结痂，包括基本携氧血管下方的皮肤结构。

大多数工程师将自我修复的概念应用于我们的一些“最笨”的材料，如沥青和混凝土，并不是试图模拟一个复杂的生物过程的细节，而是控制简单的基础反应或结构。区分自封闭和自愈合可能是有用的。

我们上面例子中的自然比喻是伤口上结痂的形成，而不是下面皮肤的再生。然而，真正的自愈材料需要结构完整性才能真正恢复。

开裂的情况下不可持续的混凝土

混凝土是水、波特兰水泥和骨料的混合物。尽管抗压性很强，但这种物质的受拉性却很弱——这就是人们经常用钢筋来加固的原因。玻璃纤维等材料也被成功地添加到局部拉伸强度。

尽管有这些改进，裂缝仍然存在，而且在混凝土使用的历史中，大部分都是控制裂缝，而不是预防裂缝。

当水进入裂缝时，它有助于加速它们的生长，特别是如果冻结和解冻是当地制度的一部分。杂散颗粒的楔入和来自盐水的氯化物等物质的化学侵入也引起关注。

在伊利诺伊大学香槟分校在美国，工程师们正在研究利用一种常见的土壤细菌来制造生物大分子，这种生物大分子是由裂缝引起的氧气和pH值的变化所触发的。

这是生物利用和生物启发，巴氏杀菌菌被播种到混凝土混合物中，直到产生碳酸钙，就像它们在石灰石中自然产生的一样。

在根特大学在美国，研究人员正在研究三种能够实现自我修复的材料添加剂:细菌、水凝胶和聚合物。在根特过程中，细菌被入侵的水触发沉淀生物大分子。

细菌被水中的微营养物质所吸引，它们随后的新陈代谢会产生碳酸钙来封住裂缝。

研究人员研究了水凝胶与细菌结合以促进生物矿化的方法。水凝胶可以由许多材料制成，但它们的特点是吸水能力，通常是自身重量的数百倍。

它们是交联的具有亲水基团的聚合物链网络。从相的角度来看，它们很有趣，因为它们既不属于固体也不属于液体，但同时具有固体和液体的性质;它们含有50% - 90%的水，但不能溶解。

因此，由于聚合物链中的三维交联，凝胶将会存在，并且表现得有点像固体。我上面提到的血凝块是水凝胶的例子，还有软骨，眼睛的玻璃体，肌腱和你身体里的粘液。

在根特的混凝土混合水凝胶，既保护了从混合和浇注的应力细菌和收集侵入水中细菌为食。

根特的研究人员还在研究如何在混凝土内部使用现有的合成聚合物表面密封剂，并在试验不同类型的易碎胶囊。挑战包括实现均匀分布和开发一种能够承受混合和浇注的压力，但随后由于开裂而断裂的车辆。

从身体中借用

在自然界也许是最直接的研究，以提高混凝土，在代尔夫特施兰根的实验室的成员已被结构和骨骼的行为启发。

除了作为一个活组织，骨骼是一个典型的分层结构复合材料的例子，代尔夫特团队试图将这些属性转化为多孔的混凝土网络。

在宏观尺度上，工程师试图模仿两种基本类型的骨结构：硬（皮质）和软（松）。然后，他们提炼成三个步骤，他们已经为骨愈合观察的过程：炎症;骨生成;和骨重塑。

最终的原型是一层坚硬的自密实混凝土包围着内层
多孔混凝土，通过该两部分环氧可以注入。

首先用聚乙烯醇混合物填充多孔层，在所有升降机压实和固化后溶解，留下空隙。然后，他们在试验中对外层开槽，并将环氧树脂注入到中间的多孔层中，成功地结束了裂纹的扩展。

不同于许多其它技术，此方法将依赖于传感器和执行器，而不是材料的物理反应，采用的响应。

但这种方法存在一些独特的挑战，其中包括精确定位断裂和从正确的出口调整环氧树脂的压力和粘度，以达到全穿透的目的。

这些只是少数的战术正在追求，以使我们的道路和建筑物的一些生命。如果能降低成本，提高制造技术，它们将产生广泛的影响。

目前该行业采用的五大策略是:化学封装;细菌封装;易碎管中的化学品;定制的外加剂;和纤维。广义上讲，更可持续的替代传统混凝土的好处可能包括更有弹性的基础设施、更好的安全性、成本节约和更强的环境可持续性。竞彩足球app怎么下载

如果社会要生产出在时间、能源和材料上更高效、成本更低的东西，那么仿生方法通常是非常有用的。当谈到我们修路的方式时，大自然最大的灵感点可能就是自我修复。