高速公路,治愈自己

最近，在一个阳光明媚的早晨，我开车沿着纽约到波士顿的高速公路走廊行驶，一小时的交通堵塞很快刹住了车。

“这一定是一次意外，”我想。

但当我终于能够挤过一条还开着的车道时，我意识到拖延的真正原因:两名男子从一辆自卸卡车的后部铲出冰冷的沥青，这辆卡车在一辆闪烁的警车前面行驶。

他们正在将粒状位扔进所有冬季坑洼，他们可以发现，并计算所有美国驾驶者才会夯实。沿着路边，我可以看到至少四分之一的碎片实际上最终结束。

我非常令人难以置信，但它让我思考材料，一些聪明的创新已经开发出来，可能会阻止成千上万的通勤者延迟延迟，更不用说坑洼所做的伤害。

除了成本问题之外是安全 - 由于尼泊尔最近的事件表明，它并不琐碎。提供更少的脆弱材料，以较低的成本可以挽救生命。

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

生物学能让“愚蠢的材料”变得更聪明吗?

其中一项创新是由Erik Schlangen和他的土木工程团队代尔夫特理工大学在荷兰。他们向沥青和骨料的传统复合材料添加了另一种成分：钢。

然而，钢铁的目的不是结构。它的薄股可以用作散热器，如Barista在添加热液体之前将金属匙放入玻璃杯中的伎俩。勺子的较低的热容量意味着其温度比脆性玻璃更快地升高，从而防止其破碎。

当感应加热器通过沥青时，金属达到足够高的温度以熔化沥青并填充任何裂缝。然后将沥青除去热量时，将裂缝硬化并密封裂缝。

Schlangen已经在荷兰的一条道路上安装了一个400米长的试验段，并受到了一项仍处于开发阶段的技术的鼓励。他估计，他们所谓的“修复机器”每四年通过一次，将使平均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。

虽然不能完全“自我修复”，因为人们仍然需要运行热源机器，但荷兰沥青是越来越多的智能材料中的一种，这些材料将增加建筑结构的耐久性和弹性。

《自然》杂志为其中一些创新提供了模型，但是认识到从生物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奇迹。例如，当你划破皮肤时，你的身体会立即做出反应。

皮肤中的一些数百万的微观神经末梢发出了身体，以限制伤口区域中的血管。从撕裂的血管泄漏的酶引发血小板的流动，以堵塞撕裂并用凝血蛋白形成纤维蛋白网。这个网最终将在伤口上形成熟悉的结痂。

一旦控制出血，身体会发出白细胞以打击任何异物。当控制流动和感染时，将成纤维细胞送至位点以产生蛋白质胶原蛋白以重建结痂下方的皮肤结构，包括必需的载载血管。

大多数工程师将自修复概念应用于我们的一些“最愚蠢的”材料，如沥青和混凝土，并不是试图模仿复杂生物过程的细节，而是控制简单的基础反应或结构。区分自封闭和自修复可能是有用的。

从我们上面的例子中可以很自然地得出一个比喻，那就是伤口上结痂的形成，而不是下面皮肤的再生。然而，真正的自我修复材料需要结构完整性才能真正被修复。

打破了不可持续混凝土的外壳

混凝土是水、硅酸盐水泥和骨料的混合物。虽然这种物质在压缩时非常强，但在拉伸时却相当弱——这就是经常添加钢筋的原因。玻璃纤维等材料也被成功地用于提高局部抗拉强度。

尽管有这些改进，但仍然发生开裂，并且具体使用的大部分历史都必须控制这种开裂，而不是预防。

当水变成裂缝时，它可以加速其增长，特别是如果冻结和解冻是当地政权的一部分。通过杂散颗粒楔入和来自盐水的氯化物的物质的化学侵入也是关注的原因。

在伊利诺伊大学在厄巴纳 - 香槟，工程师正在研究使用常见的土壤细菌，当通过裂缝引起的氧气和pH的变化而产生生物键。

这是一种生物利用和生物灵感，巴氏杆菌被接种到混凝土混合物中，在产生碳酸钙之前是不活跃的，就像它们在石灰岩中所做的那样。

在根特大学，研究人员正在寻找三种材料添加剂来实现自我愈合：细菌，水凝胶和聚合物。在根特过程中，细菌被水侵入突出沉淀生物键。

细菌被水中的微量营养素所吸引，它们随后的代谢产生碳酸钙，从而封住裂缝。

研究人员观察了水凝胶和细菌结合使用来帮助生物矿化。水凝胶可以由许多材料制成，但其独特之处在于其吸水能力，吸水能力往往是其自身重量的数百倍。

它们是交联的聚合物链网络，具有亲水性基团。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，但具有两种性质;它们含有50%到90%的水，但不能溶解。

结果，由于聚合物链内的三维交联，凝胶将存在并且表现出一些类似的固体。我上面提到的血液凝块是水凝胶的例子，如软骨，眼睛的玻璃体幽默，肌腱和身体中的粘液。

在根特混凝土中混合水凝胶，两者都保护细菌免受混合和浇注的应力，并收集细菌的侵入水。

跟特研究人员还在研究如何在混凝土内部采用现有的合成聚合物表面密封剂，并用不同类型的可破裂胶囊进行试验。挑战包括实现均匀的分布和开发能够承受混合和倾注的力量的载体，但随后由于开裂而破裂。

借自身体

也许是对自然的最直接研究改善混凝土，施尔冈州德尔福特的实验室成员受到骨骼的结构和行为的启发。

除了是活体组织外，骨骼是一种典型的分层结构复合材料，代尔夫特团队试图将这些属性转化为多孔混凝土网络。

在宏观规模，工程师试图模仿两种基本类型的骨骼结构：硬（皮质）和软（松配）。然后它们蒸馏成三个步骤，他们观察到骨愈合的过程：炎症;骨产;和骨骼重塑。

最终的原型是一层坚硬的、自压实的混凝土夹层，包裹着内层
多孔混凝土通过该混凝土，可以注射两部分环氧树脂。

多孔层首先被聚乙烯醇混合物填满，聚乙烯醇混合物将在所有升降机压实和固化后溶解，留下空隙。然后他们在测试中切开外层，将环氧树脂注入中间的多孔层，成功地结束了裂纹的扩展。

与许多其他技术不同，这种方法将依赖于传感器和致动器，而不是材料的物理反应，采用反应。

但这种方法呈现出一些独特的挑战，精确地定位了从右出口的右出口的突破和调节环氧树脂的压力和粘度，以便完全渗透到其中。

这些只是我们在道路和建筑中所追求的一些策略。如果可以降低成本，扩大生产技术规模，它们将产生广泛的影响。

目前在行业中雇用了五个主要策略：化学封装;细菌包封;脆性管中的化学品;自定义混合;和纤维。广泛地说，更可持续的替代品到老学校混凝土的好处可能包括更具弹性的基础设施，更好的安全性，节省成本和增加的环境可持续性。竞彩足球app怎么下载

如果社会是在时间，能源和材料的生产方面生产更效率和更昂贵的东西，那么仿生方法往往非常有用。谈到我们建造道路的方式时，大自然的最大灵感点可能是自我修复。