10 futuristiske konstruktionsteknologier

I begyndelsen, der var mudder. De tidligste menneskelige boliger blev bygget af intet mere end mudder-og-halm-mursten bagt i solen. De gamle romere var de første til at eksperimentere med beton, blanding af kalk og vulkansk sten for at bygge majestætiske strukturer som Pantheon i Rom, stadig den største uarmerede betonkuppel i verden [kilde:Pruitt].

Gennem århundreder, ingeniører og arkitekter har udtænkt stadig nye måder at bygge højere, stærkere og smukkere kreationer ved hjælp af materialer, der ændrer spil som stålbjælker, jordskælvsikre fundamenter og glasgardinvægge.

Men hvad bringer fremtiden for byggeteknologi? Kommer der en dag, hvor støjende konstruktionsbesætninger erstattes af sværme af autonome nanobotter? Vil revnerne i betonfundamenter en dag mirakuløst helbrede sig selv, eller tankstationer erstattes af elbiler, der kører på selvopladende veje?

Fortsæt med at læse for vores komplette liste over 10 af de mest spændende konstruktionsinnovationer i den nærmeste fremtid. Nogle er endda i brug i dag.

1. Selvhelbredende beton
2. Carbon nanorør
3. Gennemsigtig aluminium
4. Gennemtrængelig beton
5. Airgel -isolering
6. Temperaturreaktive fliser
7. Robot sværm konstruktion
8. 3D-trykte huse
9. Smarte veje
10. Bygger med CO2

10:Selvhelende Beton

Beton er det mest anvendte byggemateriale i verden [kilde:Crow]. Faktisk, det er det næstmest forbrugte stof på Jorden, efter vand [kilde:Rubenstein]. Tænk på alle betonboliger, kontorbygninger, kirker og broer bygget hvert år. Beton er billigt og meget fleksibelt, men det er også modtageligt for revner og forringelse under belastninger som ekstrem varme og kulde.

I fortiden, den eneste måde at reparere revnet beton på var at lappe den, forstærke det, eller slå det ned og begynde forfra. Men ikke længere. I 2010, en kandidatstuderende og kemiteknisk professor ved University of Rhode Island skabte en ny type "smart" beton, der "helbreder" sine egne revner. Betonblandingen er indlejret med små kapsler natriumsilicat. Når der dannes en revne, kapslerne brister og frigiver et gelignende helbredende middel, der hærder for at fylde hulrummet [kilde:URI].

Dette er ikke den eneste metode til selvhelbredende beton. Andre forskere har brugt bakterier eller indlejrede glaskapillærer eller polymermikrokapsler for at opnå lignende resultater. Imidlertid, Rhode Island-forskerne mener, at deres metode er den mest omkostningseffektive.

Forlængelse af betonens levetid kan have enorme miljømæssige fordele. Verdensomspændende betonproduktion tegner sig i øjeblikket for 5 procent af de globale kuldioxidemissioner [kilde:Rubenstein]. Smart beton ville ikke kun gøre vores strukturer mere sikre, men også skære ned på drivhusgasser.

9:Carbon Nanorør

Et nanometer er en milliarddel af en meter. Det er umuligt lille. Et enkelt ark papir er 100, 000 nanometer. Din negl vokser cirka 1 nanometer hvert sekund. Selv en streng af dit DNA er 2,5 nanometer bred [kilde:NANO.gov]. Det ville virke umuligt at konstruere materialer i "nano" skala men ved at bruge banebrydende teknikker som elektronstråle litografi, forskere og ingeniører har med succes skabt rør af kulstof med vægge, der kun er 1 nanometer tykke.

Når en større partikel opdeles i stadig mindre dele, andelen af ​​dets overfladeareal til dens masse stiger. Disse carbon nanorør har det højeste styrke-til-vægt-forhold mellem ethvert materiale på jorden og kan strækkes en million gange længere end deres tykkelse [kilde:NBS]. Carbon nanorør er så lette og stærke, at de kan indlejres i andre byggematerialer som metaller, beton, træ og glas for at tilføje densitet og trækstyrke. Ingeniører eksperimenterer endda med nanoskala sensorer, der kan overvåge spændinger inde i byggematerialer og identificere potentielle brud eller revner, før de opstår [kilde:NanoandMe.org].

8:Gennemsigtig aluminium

I årtier, kemiske ingeniører har drømt om et materiale, der kombinerer metalets styrke og holdbarhed med den krystalklare renhed af glas. Et sådant "klart metal" kunne bruges til at konstruere tårnhøje glasvæggede skyskrabere, der kræver mindre intern støtte. Sikre militære bygninger kunne installere tynde gennemsigtige metalvinduer, der er uigennemtrængelige for artilleriild i højeste kaliber. Og tænk på det uhyrlige akvarium, du kunne bygge med disse ting!

Tilbage i 1980'erne, forskere begyndte at eksperimentere med en ny type keramik fremstillet af en pulverformig blanding af aluminium, ilt og nitrogen. En keramik er hård, normalt krystallinsk materiale, der er fremstillet ved en proces med opvarmning og afkøling. I dette tilfælde, aluminiumspulveret placeres under et enormt tryk, opvarmet i flere dage ved 2, 000 grader C (3, 632 grader F) og til sidst poleret for at frembringe en helt klar, glaslignende materiale med aluminiums styrke [kilde:Ragan].

Kendt som transparent aluminium, eller ALON, rumaldermaterialet bruges allerede af militæret til fremstilling af pansrede vinduer og optiske linser.

7:Gennemtrængelig beton

Under en kraftig storm, regnvandsplader hælder ned på vejbaner, fortove og parkeringspladser, opskure overfladeaffald og forurenende stoffer og vaske potentielt giftige kemikalier som benzin direkte i kloakker og vandløb. U.S. Environmental Protection Agency (EPA) identificerer afstrømning af stormvand i brolagte byområder som en stor kilde til vandforurening.

Naturen har sin egen måde at filtrere toksiner fra regnvand på. Jord er et storslået filter til metaller og andre uorganiske materialer. Når regnvand passerer ned gennem jordniveauet, mikroorganismer og planterødder absorberer overskydende kemikalier [kilde:ESA]. Ved dette, ingeniører har skabt en ny type permeabel beton, der tillader regnvand at passere lige gennem fortovet og lade naturen udføre sit arbejde.

Gennemtrængelig eller gennemtrængelig beton er lavet med større sten- og sandkorn, efterlader mellem 15 og 35 procent af det åbne rum i fortovet [kilde:EPA]. Plader af permeabel beton lægges oven på grus eller et andet porøst grundmateriale, der lader regnvand bundfælde sig til jordsubstratet nedenunder. Gennemtrængelig beton er en glimrende erstatning for asfalt på parkeringspladser. Det reducerer ikke alene afstrømningen markant, men også den lysere farve af beton reflekterer sollys og forbliver køligere om sommeren.

6:Airgel -isolering

Hvis Michelangelos berømte marmorstatue af David var lavet af aerogel, den vejer kun 2 kilo! Airgel er et af de mindst tætte stoffer på Jorden, et skumlignende massivt materiale, der holder sin form trods det er næsten lige så let som luft. Nogle typer har tætheder bare tre gange tungere end luft, men typisk er aerogeler 15 gange tungere end luft [kilde:Aerogel.org].

Du tænker måske på gel som et vådt stof, såsom hårgel. Men aerogel fremstilles ved at fjerne væsken fra en gel. Det eneste, der er tilbage, er silica -strukturen - som er 90 til 99 procent luft. Airgel er næsten vægtløs, men kan spindes ud til tynde plader af aerogelstof. I byggeprojekter, airgel-stof demonstrerer "superisolerende" egenskaber. Dens porøse struktur gør det svært for varme at passere igennem. I test, aerogelstof havde to til fire gange isoleringsevnen ved traditionel glasfiber- eller skumisolering [kilde:LaMonica]. Når først prisen er faldet, det kan bruges meget i byggeriet.

5:Temperaturreaktive fliser

Hvis du var i live i 1991 og boede over jorden, odds er gode, at du ejede en Hypercolor T-shirt. Ved noget videnskabeligt mirakel - et mirakel kaldet termokrom farvestof -folkene på Hypercolor lavede T-shirts, der ændrede farve med din kropstemperatur. Reklamerne fik det til at se super cool og sexet ud; din kæreste kunne lægge sine varme hænder på brystet og efterlade et glødende mærke. Men i virkeligheden er de hotteste dele af din krop normalt dine armhuler. Glødende armhuler =ikke super sexet.

I dag, et firma kaldet Moving Color fremstiller dekorative glasfliser belagt med termokrom maling, der "kommer til live" med skiftende overfladetemperaturer. Ved stuetemperatur, fliserne er en blank sort, men når du rører fliserne - eller rammer dem med direkte lys eller varmt vand - forvandler farverne som nordlys til iriserende blues, lyserøde og grønne. Den sejeste applikation skal være det farveskiftende brusebad. Den gode nyhed for Moving Color er, at huse ikke har armhuler.

4:Robotsværmkonstruktion

En af naturens mest geniale bygherrer er den ydmyge termit. Med en hjerne på størrelse med et sandkorn, det arbejder sammen med hundredtusinder af højmøder til at bygge kolossale og komplekse mudderstrukturer. Termitter fangede Harvard -robotforskernes opmærksomhed, fordi insekterne ikke tager imod ordrer fra en central termitarkitekt. Hver termit arbejder alene efter genetisk programmerede adfærdsregler. Sammen, som en sværm af enkeltstående mennesker, de skaber monumentale værker af mudder.

Inspireret af termitter, forskere ved Harvards Self-organisating Systems Research Group har bygget små konstruktionsrobotter, der er programmeret til at arbejde sammen som en sværm. De firehjulede robotter kan bygge murstenslignende vægge ved at løfte hver mursten, klatre på væggen og lægge mursten på et åbent sted. De har sensorer til at registrere tilstedeværelsen af ​​andre robotter og regler for at komme af vejen for hinanden. Ligesom termitter, ingen "kontrollerer" dem, men de er programmeret til i fællesskab at bygge et specifikt design.

Forestil dig applikationerne:Sværmende robotter, der bygger dækvægge langs en farligt oversvømmet kystlinje; tusinder af små robotter, der bygger en rumstation på Mars; eller dybe undersøiske gasledninger, der samles af svømmende sværme af bots. Et lignende eksperiment brugte en sværm af autonome flyvende robotter til at bygge et kunstfærdigt kuperet murstenstårn [kilde:Liggett].

3:3-D trykte huse

3D-udskrivning er endelig blevet almindelig. Makerbot sælger fede (og næsten overkommelige) stationære maskiner, der kan udskrive fuldt gengivet 3D-legetøj, smykker, maskindele og kunstige lemmer. Men hvad nu hvis du vil printe noget større end en skoæske? Kunne du faktisk bygge en 3D-printer, der er stor nok til at udskrive et plasthus?

Svaret er "ja." Et hollandsk arkitektfirma har lanceret et ambitiøst offentligt kunstprojekt for at bygge et 3D-trykt hus. Men først, de måtte bygge en af ​​verdens største 3D-printere, kaldet Kamermaker eller "room maker". Ved at bruge det samme plastmateriale som små 3D-printere, Kamermaker kan udskrive store LEGO-lignende plastkomponenter, der samles i individuelle rum i huset. Værelserne låses derefter sammen - igen, tænk LEGO - med hjemmets trykte yderside designet til at ligne et traditionelt hollandsk kanalhus.

I mellemtiden, et kinesisk byggefirma bygger huse ved hjælp af en kæmpe 3D-printer, der sprøjter lag af cement og byggeaffald til at samle husene. Virksomheden siger, at husene vil koste mindre end $ 5, 000 hver, og det kan producere op til 10 af dem på en dag [kilde:Guardian].

2:Smarte veje

Google hiver alt rampelyset med sin selvkørende bil, men hvad hjælper smarte biler, hvis de stadig skal køre på "dumme" veje?

En af de mest spændende nye ideer er en vejbane, der fungerer som oplader til elbiler. Et selskab i New Zealand har allerede bygget en stor "power pad", der trådløst kan oplade en parkeret elbil [kilde:Barry]. Det næste trin er at integrere den trådløse opladningsteknologi i den faktiske vejbelægning, så elektriske køretøjer kan genoplade undervejs. Ikke flere tankstationer!

Andre spændende ideer, der kan blive til virkelighed en dag, omfatter vejbelægninger, der absorberer sollys for at generere elektricitet, eller - endnu køligere - indlejring af vejen med piezoelektriske krystaller, der fanger vibrationer fra forbipasserende biler og konverterer dem til brugbar energi [kilde:Nul til 60 gange].

1:Bygning med CO2

Kuldioxid (CO2) udspyttet fra kraftværker og biler er den enkelt største kilde til menneskeskabte drivhusgasser. Hvert år, vi pumper mere end 30 milliarder tons (33 milliarder tons) CO2 ud i atmosfæren, hvor det fremskynder de skadelige virkninger af global opvarmning [kilde:Trafton]. Mens energisektoren eksperimenterer med fældning eller "opsamling" af CO2 -emissioner under jorden, et team af forskere ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) har med succes brugt genetisk modificeret gær til at omdanne CO2 -gas til faststof, kulstofbaserede byggematerialer.

Ligesom Harvard -termitholdet, MIT -forskerne var også inspireret af naturen, denne gang abalone. Ligesom andre krebsdyr, abalone kan omdanne havbåren CO2 og mineraler til calciumcarbonat for at bygge deres stenhårde skaller. Forskerne isolerede det enzym, som abalone brugte til at mineralisere CO2 og konstruerede et parti gær til at producere det. Et bæger fyldt med genetisk modificeret gær kan producere 2 pund (1 kg) fast carbonat fra kun 1 pund (0,5 kg) C02 [kilde:Trafton]. Forestil dig, hvor mange kulstofsten de kunne lave med 30 milliarder tons CO2.

For meget mere liste over verdensomfattende opfindelser og futuristiske forudsigelser, tjek de relaterede HowStuffWorks -links på den næste side.

Masser mere information

Forfatterens note:10 futuristiske byggematerialer

Der er noget på én gang spændende og skræmmende ved at se en sværm af autonome flyvende robotter bygge noget smukt, eller en selvkørende robotbil problemfrit trække op til Taco Bell drive-thru. Vi skaber maskiner, hvis kunstige intelligens snart vil konkurrere med vores egen "organiske" intelligens. I 99 procent af tilfældene dette vil altid være en god ting, gør vejbaner mere sikre - Google -bilerne mangler endnu en ulykke eller får en billet - og automatiserer opgaver, der tidligere krævede hundredvis af timers farligt menneskeligt arbejde. Men hvis Hollywood har lært os noget, det er, at intelligente maskiner i sidste ende vil gøre oprør mod os og høste vores organer for batteristrøm. Jeg håber bare, at vores race for videnskabelige fremskridt holdes i skak af en stærk etisk "off" -knap. Bare for at være sikker, Jeg frakobler alle mine "smarte" apparater om natten. Jeg kan godt lide min milt lige der, hvor den er, tak skal du have.

relaterede artikler

• 10 futuristiske forudsigelser i teknologiens verden
• Hvordan Transparent Aluminium Armor fungerer
• 5 futuristiske tendenser inden for supercomputing
• Sådan fungerer termokrom blæk
• 10 mareridt scenarier fra tingenes internet
• 5 fremtidige hjemmeteknologier, du vil elske

Kilder

• Aerogel.org. "Hvad er Airgel?" (21. maj kl. 2014) http://www.aerogel.org/?p=3
• Barry, Keith. "Kør ledningen, Lad vejen oplade din elbil. "Kablet. 22. november, 2010 (21. maj, kl. 2014) http://www.wired.com/2010/11/ditch-the-cord-let-the-road-charge-your-ev/
• Ecological Society of America. "Faktaark til vandrensning" (21. maj, kl. 2014) http://www.esa.org/ecoservices/comm/body.comm.fact.wate.html
• LaMonica, Martin. "Højteknologiske aerogeler pakker boliger ind med isolering." CNET. 2. februar kl. 2012. (21. maj, kl. 2014) http://www.cnet.com/news/high-tech-aerogels-wrap-homes-with-insulation/
• Liggett, Brit. "Verdens første tårn bygget af flyvende robotter stiger i Frankrig." beboer. 3. januar, 2012. (21. maj, kl. 2014) http://inhabitat.com/the-worlds-first-tower-built-by-flying-robots-rises-in-france/
• Nano og mig. "Nano i byggeriet." (21. maj kl. 2014) http://www.nanoandme.org/nano-products/construction/
• NBS. "Nanoteknologi i byggeriet." (21. maj kl. 2014) http://www.thenbs.com/topics/ConstructionProducts/articles/nanotechnologyInConstruction.asp
• Pruitt, Sarah. "Hemmelighederne i den gamle romerske beton." Historie. 21. juni kl. 2013. (21. maj, kl. 2014) http://www.history.com/news/the-secrets-of-ancient-roman-concrete
• Ragan, Sean Michael. "Gennemsigtig aluminium." 17. januar, 2012. (21. maj, kl. 2014) http://makezine.com/2012/01/17/transparent-aluminum/
• Rubenstein, Madeleine. "Emissioner fra cementindustrien." Planetens tilstand. 9. maj kl. 2012. (21. maj, kl. 2014) http://blogs.ei.columbia.edu/2012/05/09/emissions-from-the-cement-industry/
• Trafton, Anne. "Brug af kuldioxid til god brug." MIT Nyheder. 22. september kl. 2010. (21. maj, kl. 2014) http://newsoffice.mit.edu/2010/belcher-carbon-0922
• U.S. Environmental Protection Agency. "EPA's nye grønne parkeringsplads gør det muligt for forskere at studere permeable overflader, der kan hjælpe miljøet." 28. oktober kl. 2009. (21. maj, kl. 2014) http://yosemite.epa.gov/opa/admpress.nsf/d10ed0d99d826b068525735900400c2a/61b216a56ea5e4ac8525765d0056a5a7!OpenDocument
• U.S. Environmental Protection Agency. "Pervious Betonbelægning." Nationalt system til fjernelse af forurenende udledninger. (21. maj kl. 2014) http://cfpub.epa.gov/npdes/stormwater/menuofbmps/index.cfm?action=browse&Rbutton=detail&bmp=137
• USA's National Nanotechnology Initiative. "Nanoskalaens størrelse." (21. maj kl. 2014) http://www.nano.gov/nanotech-101/what/nano-size
• University of Rhode Island. "URI-forskning om selvhelende beton giver et omkostningseffektivt system til forlængelse af strukturer." 25. maj kl. 2010. (21. maj, kl. 2014) http://www.uri.edu/news/releases/?id=5359