Enquanto o mundo lida com mudança climática, precisamos urgentemente encontrar formas de reduzir o nosso CO? emissões. Setores que dependem fortemente de combustíveis fósseis, como energia e aviação, geralmente são considerados os piores criminosos. Mas o que a maioria das pessoas não percebe é que há outro culpado, escondido à vista; nas ruas de nossas cidades e nos prédios onde moramos e trabalhamos.

Somente no 2007, aço e concreto cada um foi responsável por mais CO? emissões do que toda a indústria da aviação global. Antes de chegar ao canteiro de obras, tanto o aço quanto o cimento devem ser processados ​​em temperaturas muito altas – e isso consome muita energia. Então, como podemos reduzir a nossa dependência destes materiais “sujos”, quando eles desempenham um papel tão crucial na construção?

Uma opção é usar materiais naturais, como madeira. Os seres humanos vêm construindo madeira para milhares de anose estruturas de madeira são atualmente passando por um pequeno ressurgimento - em parte porque é um material barato e sustentável.

Mas existem alguns desvantagens de construir com madeira; o material pode deformar em condições úmidas e é suscetível a ataques de pragas como cupins. E embora os materiais naturais, como a madeira, sejam atraentes do ponto de vista ambiental, eles podem ser insatisfatórios para os engenheiros que desejam criar componentes em uma forma ou tamanho específico.

Copiando a vida

E daí que, em vez de usar materiais naturais como os encontramos, fabricamos novos materiais inspirados na natureza? Essa idéia começou a ganhar força na comunidade de pesquisa nos 1970s e realmente explodiu nos 1990s, com o desenvolvimento de métodos de nanotecnologia e nanofabricação. Hoje, forma a base de um novo campo de pesquisa científica: a saber, "biomimética" - literalmente "copiar a vida".

As células biológicas são frequentemente chamadas de "os blocos de construção da vida”, Porque são as menores unidades de matéria viva. Mas, para criar um organismo multicelular como você ou eu, as células devem se agrupar com uma estrutura de suporte para formar os materiais biológicos de que somos feitos, tecidos como osso, cartilagem e músculo. São materiais como esses, que os cientistas interessados ​​em biomimética buscaram como inspiração.

Para produzir materiais biomiméticos, precisamos ter um entendimento profundo de como os materiais naturais funcionam. Sabemos que os materiais naturais também são "compósitos": eles são feitos de vários materiais básicos diferentes, cada um com propriedades diferentes. Os materiais compostos são geralmente mais leves que os materiais de componente único, como metais, enquanto ainda possuem propriedades desejáveis, como rigidez, resistência e tenacidade.

Fazendo materiais biomiméticos

Os engenheiros de materiais passaram décadas medindo a composição, estrutura e propriedades de materiais naturais, como ossos e casca de ovo, por isso agora temos um bom entendimento de suas características.

Por exemplo, sabemos que o osso é composto de proteínas e minerais hidratados, em proporções quase iguais. O mineral confere rigidez e dureza, enquanto a proteína confere tenacidade e resistência à fratura. Embora os ossos possam quebrar, é relativamente raro e eles têm o benefício de serem auto-cura - outro recurso que os engenheiros estão tentando trazer para materiais biomiméticos.

Como o osso, a casca de ovo é um material composto, mas é cerca de 95% mineral e somente 5% de proteínas hidratadas. No entanto, mesmo essa pequena quantidade de proteína é suficiente para tornar a casca de ovo muito dura, considerando sua magreza - como a maioria dos cozinheiros do café da manhã já notou. O próximo desafio é transformar esse conhecimento em algo sólido.

Existem duas maneiras de imitar materiais naturais. Você pode imitar a composição do próprio material ou copiar o processo pelo qual o material foi produzido. Como os materiais naturais são feitos por seres vivos, não há altas temperaturas envolvidas em nenhum desses métodos. Como tal, os materiais biomiméticos - vamos chamá-los de “neo-osso” e “neo-casca de ovo” - consomem muito menos energia para produzir do que aço ou concreto.

No laboratório, conseguimos fazer amostras em escala de centímetro de neo-osso. Fazemos isso preparando diferentes soluções de proteína com os componentes que tornam o osso mineral. Um material neo-ósseo composto é então depositado dessas soluções de maneira biomimética à temperatura corporal. Não há razão para que esse processo - ou uma versão melhorada e mais rápida - não possa ser escalado para um nível industrial.

Obviamente, aço e concreto estão em toda parte, portanto a maneira como projetamos e construímos edifícios é otimizada para esses materiais. Para começar a usar materiais biomiméticos em larga escala, precisaríamos repensar completamente nossos códigos e padrões de construção para materiais de construção. Mas então, se queremos construir cidades futuras de maneira sustentável, talvez seja necessário repensar muito. A ciência ainda está na infância, mas isso não significa que não possamos sonhar alto com o futuro.