معرفی 5 عدد از جدیدترین مصالح از بیو پلاستیک تا تار عنکبونت مصنوعی

این مصالح و تکنولوژیها با الهام از دنیای طبیعت ساخته شده اند.

 نماهای خورشیدی – گرمایی 

اولین متریالی که در این لیست دیده می شود، نماهای خورشیدی هستند که با استفاده از ترکیب پنجره های چوبی با شیشه های دوجداره، یک سیستم پوششی کامل برای نما محسوب می شوند. عملکرد این سینک گرم کننده نما به جذابیت آن می افزاید. طراحی این سیستم به گونه ای است که دارای دستگاه ذخیره گرمایی بوده و در مناطقی که هوای سردتری دارند کاربرد بیشتری دارد.

 این نماها به صورت پنل های پیش ساخته هستند و در محل توسط سیستم های آلومینیومی نصب می شوند. این پنل ها با زاویه ای نصب می شوند که نور تابستان را منعکس کرده و گرمای نور زمستان را در حالیکه به داخل راه می دهند، ذخیره می کنند تا از هدر رفتن گرمای داخل ساختمان در شب جلوگیری کنند. نماهای خورشیدی، بر اساس سیستم عایق بندی که در پشت آنها به کار می رود، می توانند فاکتور مقاومت در برابر هدایت گرمایی (R-values) بین 65 تا 150 داشته باشند.

تار عنکبوت مصنوعی

یکی از جذابترین و مهم ترین مباحث جنین بنیوس، نویسنده مشهور کتاب “نوآوری الهام گرفته از طبیعت (Biomimicry)، دغدغه ها در خصوص آرزوی او برای تولید متریال محکم، زیبا، ظریف، متنوع و همه کاره مانند تارعنکبوت است. چهار سال پیش جفری ترنر (Jeffrey Turner) و پال بلرد (Paul Ballard) نکسیا بیوتکنولوژی (Nexia Biotechnologies) را  در حومه شهر کبک کانادا برای تولید فولاد زیستی (BioSteel)، تاسیس کردند. فولاد زیستی در واقع فیبری با عملکرد بالا و مانند ابریشم بوده که از کشت و ترکیب دوباره پروتئین در شیر بزهای ترانس ژن به وجود آمده است. آقای ترنر در سال 2002 در نیویورک تایمز عنوان نمود:”ما یک تک ژن از عنکبوت گوی باف گرفته و آن را در تخمک بز می کاریم تا در شیر بز ترشح گردد.”

اگرچه نکسیا در سال 2009 ورشکست شد، شرکت ژاپنی اسپیبر (Spiber) قلمرو تولید تارهای عنکبوت مصنوعی را به نام کیومونوس (Qmonos) (برا ساس کلمه ژاپنی kumonosu که اصطلاحی است برای تار عنکبوت) در دست گرفته است. پروتئین فیبروئین که در تشکیل کیومونوس سهم دارد، از شیر بز تهیه نشده است ولی با یک باکتری مهندسی شده بر روی دی ان ای (DNA) آن تشکیل شده و به آن خاصیت ابریشم گون بخشیده است. علاوه بر آن اسپیبر به یک روش تولید قابل اندازه گیری دست یافته است که با همکاری یک برند آمریکایی پوشاک به نام (The North Face)، یک ژاکت عایق به نام مون پارکا (Moon Parka) طراحی کرده اند. این ژاکت دارای پوسته ای از فیبر کیومونوس بوده و برای شرایط قطبی و تیم های اعزامی به قطب طراحی شده است.

نخ تار عنکبوت مصنوعی محکمترین متریال موجود بر روی زمین بوده و تنها بخش کوچکی از توانایی های ارائه شونده توسط پروتئین ها است. ترکیب های توانمند از 20 نوع آمینو اسید، کمک می کنند تا تعداد بینهایت از متریال منحصر بفرد و دارای تنوع بی سابقه تولید شوند. با تولید و طراحی بیش از 600 نوع از پروتئین های اصلی و آنالیز مشخصات آنها، حجم زیادی اطلاعات جمع آوری شده اند. در آینده ای نزدیک، پروتئین ها به صورت گسترده به عنوان متریال پایه صنعتی مانند فلزات، شیشه و پلاستیک ها که امروزه در حال استفاده هستند، مورد استفاده خواهند گرفت.

پرینتر سه بعدی سازه ای

به عنوان اولین پل پرینت شده سه بعدی جهان، یک سازه فلزی بسیار پیشرفته با استفاده از تکنولوژی پرینتر فلزی چند محوره واقع در هلند ساخته می شود. این روند توسط ربات های صنعتی و ترکیب ماشین های جوش کاری انجام می شود که می توانند از فلزات مختلف میله هایی را در هوا پرینت کرده- با تکیه و اتصال خمشی به صفحات ثابت- شبیه کشیدن طرح یک سازه در فضا- به وسیله ذوب متوالی فلزات در فواصل کوتاه و دادن مهلت سرد شدن به آن، سازه سه بعدی مورد نظر را بسازند. این پل عابر در ابعاد 8 متر طول در 4 متر عرض بر روی کانال مصنوعی قدیمی آمستردام به نام «Oudezijds Achterburgwal» ساخته می شود. در ابتدا قرار شد این پروژه در محل ساخته شود و به دلیل غیرعملی بودن آن به یک کارگاه در نزدیکی محل نصب منتقل شد.

«سیستم پرینتر سازه های سه بعدی» شامل ربات های چند محوره است که با تجهیزات سه بعدی و نرم افزاری که آنها را کنترل می کند قادر به ساخت سازه های محکم و پیچیده با متریال های پایدار، از پل های بزرگ گرفته تا سازه های کوچکتر است. بر مبنای تحقیق و توسعه پیشگامانه و تکنولوژی رباتیک مقرون به صرفه، می توان اشیاء زیبا و کاربردی را در هر شکلی با این سیستم پرینت کرد.

پروژه پل سه بعدی پتانسیل پرینتر سه یعدی چند محوره را به نمایش خواهد گذاشت. مدیر فنی پروژه می گوید: «آنچه این تکنولوژی را از پرینترهای سه بعدی قدیمی جدا می کند این است که ما کار پرینت را بیرون از جعبه انجام می دهیم. با پرینت کردن توسط ربات های صنعتی 6 محوره، ما دیگر به یک جعبه مکعبی که همه چیز درون آن اتفاق می افتد محدود نیستیم. پرینت یک پل کاربردی با اندازه واقعی، نشان دهنده امکانات بیشمار این تکنیک است».

طراح این پروژه قویا به آینده تولید دیجیتال و همچنین تولید در محل معتقد است. این پل سه بعدی نشانگر این است که چگونه نهایتا پرینت سه بعدی وارد پروژه های با مقیاس های بزرگ، با عدم محدودیت بی سابقه در فرم و شکل خواهد شد. نماد پل سه بعدی، یک استعاره زیبا برای ارتباط تکنولوژی آینده با قسمت قدیمی شهر به گونه ای که نشانگر بهترین حالت هردو باشد، است.

این پروژه از ماه اکتبر سال 2015 شروع شده و پیش بینی می شود که در سال 2017 به اتمام برسد.

بتن خود ترمیم شونده

در حال حاضر مجموعه ای از تکنولوژی های بتن خود ترمیم شونده در حال آزمایش هستند. تیمی متشکل از مهندسین از چندین دانشگاه در انگلستان در حال برگزاری اولین تست عمده این مصالح هستند. یکی از آنها با استفاده از پلیمر حافظه دار که توسط جریان الکتریکی فعال می شود، دومی با استفاده از ترکیبات خود ترمیم کننده ارگانیک و غیر ارگانیک و سومی با استفاده از کپسولهای حاوی باکتری و ترکیبات ترمیم کننده، مورد آزمایش قرار می گیرند. هدف محققین از این آزمایشات، بکار گیری این مصالح در زیر ساختهایی مانند راه، تونل، پل و ساختمانهایی است که بتوانند بدون دخالت انسان مورد ترمیم قرار گیرند.

سالانه 40 میلیارد پوند برای تعمیر و نگهداری بتن در انگلستان هزینه می شود. هدف از ایجاد چنین مصالحی، ایجاد سیستمی است که به طور پیوسته خود را بدون دخالت انسان مورد پایش، تنظیم، تطبیق و تعمیر قرار دهد.

بیو پلاستیک

سرانجام، تحقیقات ما را به پلاستیکهای آینده نزدیک کرد. دانشمندان دانشگاه هاروارد به نوع جدیدی از بیو پلاستیک که از پوسته های میگو تشکیل شده است، دست یافتند. با استفاده از کیتین* طبیعی بسیار سخت و در عین حال منعطف، یا کوتیکول حشرات، محققین دانشگاه هاروارد موفق به ساخت یک غشاء نازک با ساختار و ترکیب مشابه کیتین شده اند. ساخت پلاستیک جدید با استفاده مشتقات کیتوسان ** که از پوسته میگو گرفته شده است، از لحاظ مقاومت با آلومینیوم برابری می کند در حالیکه نصف وزن آن را داراست. از خواص بی نظیر آن می توان به سازگاری آن با محیط زیست، قابل تجزیه بودن در طبیعت، ارزان بودن و قالب پذیری آن به اشکال متنوع سه بعدی اشاره کرد.

* کیتین (به انگلیسی: Chitin) پلیمر بلندی از n-استیل گلوکزامین، مشتقی از گلوکز است و در جانداران متنوعی یافت می‌شود. این ماده سازنده اصلی دیواره سلولی قارچ‌ها، اسکلت خارجی بندپایانی چون خرچنگ‌ها و حشرات، رادولای نرمتنان و منقار سر پایان، از جمله ماهی مرکب و هشت‌پا است. کیتین همچنین دارای خواص درمانی اثبات شده و کاربردهای صنعتی است. کیتین ممکن است با پلی‌ساکارید سلولز و با پروتئین کراتین مقایسه شود. با اینکه کراتین یک پروتئین است اما کراتین و کیتین دارای کاربردهای ساختاری مشابهی هستند.

** کیتوسان مشتقی از گلوکان با واحدهای تکرار شونده کیتین است که توسط روگت در سال ۱۸۵۹ با عامل شناخته شده‌ای بروز نموده و بسیار شایع تر از نوع ثانویه می‌باشد. جوشاندن کیتین در محلول پتاس با غلظت مشخص به دست آمد.

محققین امیدوارند که خصوصیات و توانمندی این متریال قابلیت جانشینی سوخت فسیلی-پلاستیکهای پایه در کاربردهای دارویی و مصرفی را داشته باشد. این موضوع بعلت ازدیاد زباله های پلاستیکی  که به لحاظ زیستی تجزیه ناپذیر هستند، حیاتی است.  در بسیاری از صنایع نیازی حیاتی برای تولید مصالح پایدار که قابلیت تولید انبوه دارند، وجود دارد. روش های تولید صنعتی بیو پلاستیک به جهت تجاری سازی در مقیاس انبوه در حال آماده سازی است.

منبع