science >> Wetenschap >  >> anders

10 futuristische bouwtechnologieën

De uitvinder van het 3D-geprinte huis, Ma Yihe, toont een model in Shanghai, China, 2014. Zie foto's van woningbouw. © Pei Xin/Xinhua Press/Corbis

In het begin, er was modder. De vroegste menselijke woningen waren gebouwd van niets meer dan bakstenen van modder en stro, gebakken in de zon. De oude Romeinen waren de eersten die experimenteerden met beton, het mengen van kalk en vulkanisch gesteente om majestueuze bouwwerken te bouwen zoals het Pantheon in Rome, nog steeds de grootste ongewapende betonnen koepel ter wereld [bron:Pruitt].

Door de eeuwen heen, ingenieurs en architecten hebben steeds nieuwe manieren bedacht om grotere, sterkere en mooiere creaties met baanbrekende materialen zoals stalen liggers, aardbevingsbestendige funderingen en glazen vliesgevels.

Maar wat brengt de toekomst voor bouwtechniek? Komt er een dag dat luidruchtige bouwploegen worden vervangen door zwermen autonome nanobots? Zullen de scheuren in betonnen funderingen op een dag op wonderbaarlijke wijze genezen, of benzinestations worden vervangen door elektrische auto's die rijden op zelfopladende wegen?

Blijf lezen voor onze volledige lijst van 10 van de meest opwindende bouwinnovaties van de nabije toekomst. Sommige zijn zelfs vandaag in gebruik.

Inhoud
  1. Zelfherstellend beton
  2. Koolstof nanobuisjes
  3. Transparant aluminium
  4. Doorlatend beton
  5. Aerogel-isolatie
  6. Temperatuur-reactieve tegels
  7. Robotzwermconstructie
  8. 3D-geprinte huizen
  9. Slimme wegen
  10. Bouwen met CO2

10:Zelfherstellend beton

Als wegbeton zichzelf zou kunnen genezen, steden kunnen veel geld besparen. Justin Sullivan/Getty Images

Beton is het meest gebruikte bouwmateriaal ter wereld [bron:Crow]. In feite, het is de op één na meest geconsumeerde stof op aarde, na water [bron:Rubenstein]. Denk aan alle betonnen huizen, kantoorgebouwen, kerken en bruggen die elk jaar worden gebouwd. Beton is goedkoop en breed toepasbaar, maar het is ook vatbaar voor scheuren en verslechtering onder spanningen zoals extreme hitte en kou.

Vroeger, de enige manier om gescheurd beton te repareren was het te repareren, versterken, of gooi het neer en begin helemaal opnieuw. Maar nu niet meer. In 2010, een afgestudeerde student en professor scheikundige technologie aan de Universiteit van Rhode Island creëerde een nieuw type "slim" beton dat zijn eigen scheuren "geneest". Het betonmengsel is ingebed met kleine capsules natriumsilicaat. Wanneer zich een scheur vormt, de capsules scheuren en geven een gelachtig genezend middel vrij dat hard wordt om de leegte te vullen [bron:URI].

Dit is niet de enige methode van zelfherstellend beton. Andere onderzoekers hebben bacteriën of ingebedde glazen capillairen of polymere microcapsules gebruikt om vergelijkbare resultaten te bereiken. Echter, de Rhode Island-onderzoekers geloven dat hun methode het meest kosteneffectief is.

Het verlengen van de levensduur van beton kan enorme milieuvoordelen opleveren. De wereldwijde betonproductie is momenteel goed voor 5 procent van de wereldwijde CO2-uitstoot [bron:Rubenstein]. Slim beton zou onze constructies niet alleen veiliger maken, maar ook bezuinigen op broeikasgassen.

9:Koolstof nanobuisjes

Koolstofnanobuisjes hebben de hoogste sterkte-gewichtsverhouding van alle materialen op aarde en kunnen een miljoen keer langer worden uitgerekt dan hun dikte. © Digitale Kunst/Corbis

Een nanometer is een miljardste van een meter. Dat is onmogelijk klein. Een enkel vel papier is 100, 000 nanometer. Je vingernagel groeit ongeveer 1 nanometer per seconde. Zelfs een streng van je DNA is 2,5 nanometer breed [bron:NANO.gov]. Materialen construeren op de "nano"-schaal lijkt onmogelijk, maar met behulp van geavanceerde technieken zoals elektronenstraallithografie, wetenschappers en ingenieurs hebben met succes buizen van koolstof gemaakt met wanden die slechts 1 nanometer dik zijn.

Wanneer een groter deeltje wordt opgedeeld in steeds kleinere delen, de verhouding van zijn oppervlakte tot zijn massa neemt toe. Deze koolstofnanobuisjes hebben de hoogste sterkte-gewichtsverhouding van elk materiaal op aarde en kunnen een miljoen keer langer worden uitgerekt dan hun dikte [bron:NBS]. Koolstof nanobuisjes zijn zo licht en sterk dat ze kunnen worden ingebed in andere bouwmaterialen zoals metalen, beton, hout en glas om dichtheid en treksterkte toe te voegen. Ingenieurs experimenteren zelfs met sensoren op nanoschaal die spanningen in bouwmaterialen kunnen bewaken en mogelijke breuken of scheuren kunnen identificeren voordat ze optreden [bron:NanoandMe.org].

8:transparant aluminium

Transparant aluminium zou kunnen worden gebruikt om torenhoge wolkenkrabbers met glazen wanden te bouwen die minder interne ondersteuning nodig hadden. claser/E+/Getty Images

Al decenia, chemische ingenieurs hebben gedroomd van een materiaal dat de sterkte en duurzaamheid van metaal combineert met de kristalheldere zuiverheid van glas. Zo'n "helder metaal" zou kunnen worden gebruikt om torenhoge wolkenkrabbers met glazen wanden te bouwen die minder interne ondersteuning nodig hebben. Veilige militaire gebouwen kunnen dunne transparante metalen ramen installeren die ongevoelig zijn voor artillerievuur van het hoogste kaliber. En denk aan het monsterlijke aquarium dat je met dit spul zou kunnen bouwen!

Terug in de jaren 80, wetenschappers begonnen te experimenteren met een nieuw type keramiek gemaakt van een poederachtige mix van aluminium, zuurstof en stikstof. Een keramiek is hard, meestal kristallijn materiaal dat is gemaakt door een proces van verwarming en koeling. In dit geval, het aluminiumpoeder komt onder enorme druk te staan, dagenlang verwarmd om 2 uur, 000 graden C (3, 632 graden F) en uiteindelijk gepolijst om een ​​perfect helder, glasachtig materiaal met de sterkte van aluminium [bron:Ragan].

Bekend als transparant aluminium, of ALON, het materiaal uit het ruimtetijdperk wordt al door het leger gebruikt voor het maken van gepantserde ramen en optische lenzen.

7:Doorlatend beton

Het grotere aggregaat en het gebrek aan zand in doorlatend asfalt (hier weergegeven) creëert onderling verbonden holtes, water door het oppervlak laten stromen in plaats van eraf, waardoor de afvoer van regenwater wordt verminderd. BanksPhotos/E+/Getty Images

Tijdens een zware storm, vellen regenwater stromen neer op wegen, trottoirs en parkeerplaatsen, oppervlakteresten en verontreinigende stoffen opruimen en potentieel giftige chemicaliën zoals benzine rechtstreeks in riolen en stromen wassen. Het Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) identificeert afvoer van regenwater in verharde stedelijke gebieden als een belangrijke bron van watervervuiling.

De natuur heeft zijn eigen manier om gifstoffen uit regenwater te filteren. De bodem is een prachtig filter voor metalen en andere anorganische materialen. Als regenwater door de bodem naar beneden stroomt, micro-organismen en plantenwortels absorberen overtollige chemicaliën [bron:ESA]. Dit wetende, ingenieurs hebben een nieuw type doorlatend beton gemaakt dat regenwater door de bestrating laat stromen en de natuur haar werk laat doen.

Doorlatend of doorlatend beton wordt gemaakt met grotere korrels steen en zand, tussen 15 en 35 procent van de open ruimte in de stoep achterlatend [bron:EPA]. Platen van doorlatend beton worden bovenop grind of een ander poreus basismateriaal gelegd dat regenwater laat bezinken op het bodemsubstraat eronder. Doorlatend beton is een uitstekende vervanging voor asfalt op parkeerplaatsen. Het vermindert niet alleen de afvoer aanzienlijk, maar ook de lichtere kleur van beton reflecteert zonlicht en blijft koeler in de zomer.

6:Aerogel-isolatie

Op deze kersenbloesem rust een koolstofspons van aerogel. Hoewel het lichter is dan helium, het kan 250-900 keer zijn eigen massa olie absorberen. © Imaginechina/Corbis

Als Michelangelo's beroemde marmeren standbeeld van David van aerogel was gemaakt, het zou slechts 4 pond (2 kilogram) wegen! Aerogel is een van de minst dichte stoffen op aarde, een schuimachtig vast materiaal dat zijn vorm behoudt ondanks dat het bijna zo licht is als lucht. Sommige soorten hebben een dichtheid die slechts drie keer zo zwaar is als lucht, maar meestal zijn aerogels 15 keer zwaarder dan lucht [bron:Aerogel.org].

Je zou kunnen denken aan gel als een natte substantie, zoals haargel. Maar aerogel wordt gemaakt door de vloeistof uit een gel te verwijderen. Het enige dat overblijft is de silicastructuur - die voor 90 tot 99 procent uit lucht bestaat. Aerogel is bijna gewichtloos, maar kan worden uitgesponnen tot dunne vellen aerogelstof. Bij bouwprojecten is aerogelstof vertoont "superisolerende" eigenschappen. De poreuze structuur maakt het moeilijk om warmte door te laten. Bij testen, aerogelstof had twee tot vier keer de isolerende kracht van traditionele glasvezel- of schuimisolatie [bron:LaMonica]. Zodra de prijs daalt, het zou wijd in bouw kunnen worden gebruikt.

5:Temperatuurgevoelige tegels

Deze tafel verandert van kleur als er iets warms op staat, dankzij een temperatuurreactief oppervlak. Bewegende Kleurstudio's

Als je in 1991 nog leefde en bovengronds woonde, de kans is groot dat u een Hypercolor T-shirt bezat. Door een wetenschappelijk wonder — een wonder genaamd thermochrome kleurstof - de mensen van Hypercolor maakten T-shirts die van kleur veranderden met je lichaamstemperatuur. Door de reclames zag het er super cool en sexy uit; je vriendin kan haar hete handen op je borst leggen en een gloeiende vlek achterlaten. Maar in werkelijkheid zijn de heetste delen van je lichaam meestal je oksels. Gloeiende oksels =niet super sexy.

Vandaag, een bedrijf genaamd Moving Color produceert glazen decoratieve tegels bedekt met thermochrome verf die "tot leven komen" met veranderende oppervlaktetemperaturen. Op kamertemperatuur, de tegels zijn glanzend zwart, maar als je de tegels aanraakt - of ze raakt met direct licht of warm water - veranderen de kleuren zoals het noorderlicht in iriserende blauwtinten, roze en groen. De coolste toepassing is toch wel de van kleur veranderende douche. Het goede nieuws voor Moving Color is dat huizen geen oksels hebben.

4:Robotzwermconstructie

Kirstin Petersen, een academische fellow in kunstmatige intelligentie aan de Harvard University, demonstreert robots geïnspireerd door termieten tijdens de American Association for the Advancement of Science-bijeenkomst in Chicago in 2014. KERRY SHERIDAN/AFP/Getty Images

Een van de meest ingenieuze bouwers van de natuur is de nederige termiet. Met een brein zo groot als een zandkorrel, het werkt samen met honderdduizenden heuvelgenoten om kolossale en complexe modderstructuren te bouwen. Termieten trokken de aandacht van robotica-onderzoekers van Harvard omdat de insecten geen bevelen aannemen van een centrale termietenarchitect. Elke termiet werkt alleen volgens genetisch geprogrammeerde gedragsregels. Samen, als een zwerm vastberaden individuen, ze creëren monumentale werken van modder.

Geïnspireerd door termieten, Onderzoekers van de Self-organizing Systems Research Group van Harvard hebben kleine constructierobotica gebouwd die geprogrammeerd zijn om samen te werken als een zwerm. De vierwielige robots kunnen steenachtige muren bouwen door elke steen op te tillen, de muur beklimmen en de steen op een open plek leggen. Ze hebben sensoren om de aanwezigheid van andere robots te detecteren en regels om elkaar uit de weg te gaan. Zoals termieten, niemand "controleert" ze, maar ze zijn geprogrammeerd om gezamenlijk een specifiek ontwerp te bouwen.

Stelt u zich de toepassingen eens voor:Zwermende robots bouwen dijkmuren langs een gevaarlijk overstroomde kustlijn; duizenden kleine robots bouwen een ruimtestation op Mars; of diepe gaspijpleidingen onder water die worden geassembleerd door zwemmende zwermen bots. Een soortgelijk experiment gebruikte een zwerm autonome vliegende robots om een ​​kunstig golvende bakstenen toren te bouwen [bron:Liggett].

3:3D-geprinte huizen

Ma Yihe (links) toont de 3D-geprinte muren voor huizen die zijn bedrijf bouwt in Shanghai, China. Zijn bedrijf is van plan er 10 op een dag te bouwen. © Pei Xin/Xinhua Press/Corbis

3D-printen is eindelijk mainstream geworden. Makerbot verkoopt handige (en zo ongeveer betaalbare) desktopmachines die volledig gerenderd 3D-plastic speelgoed kunnen afdrukken, sieraden, machineonderdelen en kunstmatige ledematen. Maar wat als je iets groters dan een schoenendoos wilt bedrukken? Zou je echt een 3D-printer kunnen bouwen die groot genoeg is om een ​​plastic huis af te drukken?

Het antwoord is ja." Een Nederlands architectenbureau heeft een ambitieus openbaar kunstproject gelanceerd om een ​​3D-geprint huis te bouwen. Maar eerst, ze moesten een van 's werelds grootste 3D-printers bouwen, genaamd de Kamermaker of 'kamermaker'. Gebruikmakend van hetzelfde plastic bronmateriaal als kleinschalige 3D-printers, de Kamermaker kan grote LEGO-achtige plastic onderdelen printen die in individuele kamers van het huis worden geassembleerd. De kamers sluiten dan aan elkaar - nogmaals, denk aan LEGO - met de bedrukte buitenkant van het huis ontworpen om eruit te zien als een traditioneel Nederlands grachtenpand.

In de tussentijd, een Chinees bouwbedrijf bouwt huizen met een gigantische 3D-printer die lagen cement en bouwafval spuit om de huizen in elkaar te zetten. Het bedrijf zegt dat de huizen minder dan $ 5 zullen kosten, 000 elk, en het kan er maximaal 10 per dag produceren [bron:Guardian].

2:Slimme wegen

Een auto met zonnepanelen is niet nodig als we wegen bedenken die een elektrische auto draadloos van stroom kunnen voorzien. © Chris Rogers/Corbis

Google trekt alle aandacht met zijn zelfrijdende auto maar wat heb je aan slimme auto's als ze nog op "domme" wegen moeten rijden?

Een van de meest opwindende nieuwe ideeën is een rijbaan die fungeert als oplader voor elektrische voertuigen. Een Nieuw-Zeelands bedrijf heeft al een groot "powerpad" gebouwd dat een geparkeerde elektrische auto draadloos kan opladen [bron:Barry]. De volgende stap is om de technologie voor draadloos opladen in te bedden in het wegdek, zodat elektrische voertuigen onderweg kunnen opladen. Geen tankstations meer!

Andere intrigerende ideeën die ooit werkelijkheid kunnen worden, zijn wegdekken die zonlicht absorberen om elektriciteit op te wekken, of - nog cooler - de weg inbedden met piëzo-elektrische kristallen die de trillingen van passerende auto's opvangen en omzetten in bruikbare energie [bron:nul tot 60 keer].

1:Bouwen met CO2

De harde schaal van de abalone inspireerde MIT-onderzoekers om het enzym te isoleren dat abalone gebruikt om C02 te mineraliseren om hun schelpen te bouwen. Op een dag, kunnen we misschien koolstofstenen maken van C02. Bill Brennan/Perspectieven/Getty Images

Kooldioxide (CO2) uitgestoten door elektriciteitscentrales en auto's is de grootste bron van door de mens gemaakt broeikasgas. Elk jaar, we pompen meer dan 30 miljard ton (33 miljard ton) CO2 in de atmosfeer waar het de schadelijke effecten van het broeikaseffect versnelt [bron:Trafton]. Terwijl de energiesector experimenteert met het onder de grond opvangen of "vastleggen" van CO2-emissies, een team van onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) heeft met succes genetisch gemodificeerde gist gebruikt om CO2-gas om te zetten in vaste, bouwmaterialen op koolstofbasis.

Net als het termietenteam van Harvard, de MIT-onderzoekers lieten zich ook inspireren door de natuur, dit keer de abalone. Net als andere kreeftachtigen, abalone kan oceaangebonden CO2 en mineralen omzetten in calciumcarbonaat om hun keiharde schelpen te bouwen. De onderzoekers isoleerden het enzym dat abalone gebruikt om de CO2 te mineraliseren en ontwikkelden een partij gist om het te produceren. Een beker vol genetisch gemodificeerde gist kan 2 pond (1 kilogram) vast carbonaat produceren uit slechts 0,5 kilogram C02 [bron:Trafton]. Stel je voor hoeveel koolstofstenen ze zouden kunnen maken met 30 miljard ton CO2.

Voor nog veel meer lijst met wereldveranderende uitvindingen en futuristische voorspellingen, bekijk de gerelateerde HowStuffWorks-links op de volgende pagina.

Veel meer informatie

Notitie van de auteur:10 futuristische bouwmaterialen

Er is iets opwindends en angstaanjagends aan het kijken naar een zwerm autonome vliegende robots die iets moois bouwen, of een zelfrijdende robotauto die naadloos naar de Taco Bell drive-thru rijdt. We creëren machines waarvan de kunstmatige intelligentie binnenkort onze eigen 'organische' intelligentie zal evenaren. In 99 procent van de gevallen dit zal altijd een goede zaak zijn, wegen veiliger maken - de Google-auto's moeten nog een ongeluk hebben gehad of een bekeuring krijgen - en taken automatiseren die vroeger honderden uren gevaarlijke menselijke arbeid vereisten. Maar als Hollywood ons iets heeft geleerd, het is dat intelligente machines uiteindelijk tegen ons in opstand zullen komen en onze organen zullen oogsten voor batterijvermogen. Ik hoop alleen dat onze race voor wetenschappelijke vooruitgang in toom wordt gehouden door een sterke ethische "uit"-schakelaar. Gewoon voor de veiligheid, Ik koppel al mijn "slimme" apparaten 's nachts los. Ik hou van mijn milt waar hij is, bedankt.

gerelateerde artikelen

  • 10 futuristische voorspellingen in de wereld van technologie
  • Hoe transparant aluminium pantser werkt
  • 5 futuristische trends in supercomputing
  • Hoe thermochrome inkt werkt
  • 10 nachtmerriescenario's van het internet der dingen
  • 5 toekomstige thuistechnologieën waar u dol op zult zijn

bronnen

  • Aerogel.org. "Wat is Aerogel?" (21 mei, 2014) http://www.aerogel.org/?p=3
  • Barry, Kees. "Sloop het snoer, Laat de weg uw EV opladen." Bedraad. 22 november, 2010 (21 mei 2014) http://www.wired.com/2010/11/ditch-the-cord-let-the-road-charge-your-ev/
  • Ecologische Vereniging van Amerika. "Factsheet over waterzuivering" (21 mei, 2014) http://www.esa.org/ecoservices/comm/body.comm.fact.wate.html
  • LaMonica, Martin. "Hightech aerogels wikkelen huizen in met isolatie." CNET. 2 februari 2012. (21 mei, 2014) http://www.cnet.com/news/high-tech-aerogels-wrap-homes-with-insulation/
  • Liggett, Brit. "De eerste toren ter wereld gebouwd door vliegende robots verrijst in Frankrijk." bewonen. 3 januari 2012. (21 mei, 2014) http://inhabitat.com/the-worlds-first-tower-built-by-flying-robots-rises-in-france/
  • Nano &ik. "Nano in de bouw." (21 mei, 2014) http://www.nanoandme.org/nano-products/construction/
  • NBS. "Nanotechnologie in de bouw." (21 mei, 2014) http://www.thenbs.com/topics/ConstructionProducts/articles/nanotechnologyInConstruction.asp
  • Pruitt, Sara. "De geheimen van oud Romeins beton." Geschiedenis. 21 juni, 2013. (21 mei, 2014) http://www.history.com/news/the-secrets-of-ancient-roman-concrete
  • Ragan, Sean Michaël. "Transparant aluminium." 17 januari, 2012. (21 mei, 2014) http://makezine.com/2012/01/17/transparent-aluminium/
  • Rubenstein, Madeleine. "Emissies van de cementindustrie." Staat van de planeet. 9 mei 2012. (21 mei, 2014) http://blogs.ei.columbia.edu/2012/05/09/emissions-from-the-cement-industry/
  • Trafton, Anna. "Kooldioxide goed gebruiken." MIT-nieuws. 22 september 2010. (21 mei, 2014) http://newsoffice.mit.edu/2010/belcher-carbon-0922
  • Amerikaanse Environmental Protection Agency. "EPA's nieuwe groene parkeerplaats stelt wetenschappers in staat om doorlatende oppervlakken te bestuderen die het milieu kunnen helpen." 28 okt. 2009. (21 mei, 2014) http://yosemite.epa.gov/opa/admpress.nsf/d10ed0d99d826b068525735900400c2a/61b216a56ea5e4ac8525765d0056a5a7!OpenDocument
  • Amerikaanse Environmental Protection Agency. "Doorlatende betonnen bestrating." Nationaal verwijderingssysteem voor verontreinigende stoffen. (21 mei, 2014) http://cfpub.epa.gov/npdes/stormwater/menuofbmps/index.cfm?action=browse&Rbutton=detail&bmp=137
  • Het National Nanotechnology Initiative van de Verenigde Staten. "Grootte van de nanoschaal." (21 mei, 2014) http://www.nano.gov/nanotech-101/what/nano-size
  • De universiteit van Rhode Island. "URI-onderzoek naar zelfherstellend beton levert een kosteneffectief systeem op om de levensduur van constructies te verlengen." 25 mei 2010. (21 mei, 2014) http://www.uri.edu/news/releases/?id=5359

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Elk levend wezen maakt deel uit van een ecosysteem. Hier is hoe ze werken
  2. Wat zijn de sporten op het DNA Dubbelschroef gemaakt van?
  3. Moleculaire genetica (biologie): een overzicht
  4. Wat is de elektrische impuls die een axon naar beneden beweegt?
  5. Make-up & Science Fair Ideas
  6. De nadelen van gelelektroforese
  7. Geurende reinigingsproducten: The New Smoking?
  8. Mensen waren de Neanderthalers niet te slim af,
  9. Commensalisme:ik profiteer,

Wetenschap