高速公路,治愈自己

最近，在一个阳光明媚的早晨，我们沿着从纽约到波士顿的高速公路走廊驾车行驶，一小时的堵车让我们很快停了下来。

“这一定是个意外，”我想。

但当我终于能够挤过还开着的一条车道时，我才意识到造成延误的真正原因:两名男子正在从一辆自卸卡车的后面铲出冰冷的沥青，而那辆卡车在一辆闪烁着警灯的警车前面行驶。

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。

我很怀疑，但它让我思考可能阻止这种昂贵的延迟数千乘客的，更不用说通过坑洼摆在首位的伤害已经开发的材料和一些聪明的创新。

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生产混凝土过程中使用能源，到消除维护和延长材料寿命，更智能和更安全的结构将带来新的好处。

生物学能让“哑材料”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创造的代尔夫特理工大学在荷兰。他们已经把另一个成分沥青和集料的传统复合材料：钢。

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。

当感应加热器被越过沥青，金属到达温度高到足以熔化沥青和填充任何裂纹。沥青随后硬化并密封起来时的热量被除去的裂纹。

Schlangen公司已经在荷兰的一条公路上安装了一个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，每四年通过一个所谓的“治疗机器”，将使平均道路的寿命增加一倍，仅在资本改造成本上就节省了一大笔钱。

虽然不能完全“自我修复”，因为人们仍然需要运行热源设备，但荷兰沥青的例子是越来越多的智能材料的一部分，这些材料将增加我们的结构的耐久性和弹性。

《自然》为其中几项创新提供了模型，但重要的是要认识到从生物学到技术转化的局限性。

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，当你割伤皮肤时，你的身体会立即做出反应。

一些数以百万计的微小的皮肤神经末梢已经暗示人体血管收缩伤口的区域。从撕裂的血管泄露酶启动血小板流动到现场与凝血蛋白堵塞撕裂并形成纤维蛋白网。最终该网将形成在伤口上的痂熟悉。

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到沥青和混凝土等一些“最笨”的材料上，并不是试图模仿复杂的生物过程的细节，而是控制简单的基本反应或结构。区分自封闭和自愈合可能是有用的。

从我们上面的例子中，自然的比喻是伤口上结痂的形成，而不是下面皮肤的再生。然而，真正的自愈合材料需要结构完整性才能真正修复。

不可持续的混凝土开裂情况

混凝土是水、硅酸盐水泥和骨料的混合物。虽然非常强大的压缩，物质是相当弱的张力-这是原因，钢钢筋经常添加加固。像玻璃纤维这样的材料也被成功地添加到局部抗拉强度中。

尽管有这些改进，开裂仍然出现和最具体的使用历史已经entailed这个裂缝的控制，而不是预防。

当水进入裂缝，它有助于加速他们的成长，尤其是冷冻和解冻是地方政权的一部分。杂散颗粒和如从盐水氯化物的物质的化学侵入楔入也引起关注。

在伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校，当裂痕氧气和pH值的变化引发的工程师正在调查使用共同的土壤细菌产生生物矿物。

这是生物利用和生物启发，巴氏菌被植入混凝土混合物中，直到促使产生碳酸钙，就像它们在石灰石中自然产生一样，它们是不活动的。

在根特大学，研究人员正在寻找三个材料添加剂，以达到自愈：细菌，水凝胶和聚合物。在根特的过程，细菌被水侵入引发沉淀生物矿物。

细菌被水中的微量营养物质所吸引，它们随后的代谢产生的碳酸钙将裂缝封住。

研究人员研究了使用水凝胶和细菌结合来帮助生物矿化。水凝胶可以由许多材料制成，但其特点是吸水能力，通常是其自身重量的数百倍。

它们是由交联的亲水基团组成的聚合物链。从相的角度来看，它们很有趣，因为它们既不能归类为固体也不能归类为液体，但它们同时具有这两种性质;它们含有50- 90%的水，但不能溶解。

其结果是，该凝胶会存在和行为有点像在聚合物链中的三维交联的固体因为。我上面提到的血块是水凝胶的例子，因为是软骨，眼球玻璃体，肌腱和你体内的粘液。

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。

根特的研究人员也在研究如何利用在混凝土内部现有的合成聚合物表面密封胶和不同类型的脆性胶囊的实验。挑战包括实现均匀分布和开发的车辆，可承受混合和浇注的力量，但随后打破开裂的结果。

向身体借用

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。

除了是活的组织外，骨骼是层级结构复合材料的经典例子，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。

最终的原型是一个坚硬的、自密实的混凝土夹层包围内层
多孔混凝土，通过该两部分环氧可以注入。

多孔层首先填充PVA混合物，在所有的升降机被压实和固化后溶解，留下空隙。然后他们在外层进行了切口试验，并将环氧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。

但是，这种方法提出了一些独特的挑战，精确定位休息和调整，从右侧出口环氧树脂的压力和粘度的全面渗透在他们之中。

这些只是我们在道路和建筑上推行的一些策略。如果能够降低成本，提高制造技术，它们将产生广泛的影响。

五大策略目前采用的行业有：化学封装;细菌封装;在脆管的化学品;定制外加剂;和纤维。从广义上讲，老派的混凝土更可持续的替代品的好处可能包括更弹性的基础设施，更好的安全性，节约成本和提高环境可持续性。竞彩足球app怎么下载

如果社会是生产的东西，更为高效，及时，能源和材料成本更低，那么仿生方法通常已经相当有用。当谈到我们建立我们的道路的方式，启发性质的单一最大点只可能是自愈。