Biologie ve stavebnictví - udržitelná infrastruktura, která se sama opraví

Pátrání po udržitelných materiálech se stává posedlostí vědy 21. století. Jedním z jejích cílů je vytvořit soběstačnou infrastrukturu, schopnou autokontroly, nebo dokonce sebe opravení. Jednou z futuristických vizí tohoto typu jsou mosty, podpořené materiály biologického původu.

Jedním z aktivních badatelů v tomto směru je Eleni Chatzi, profesorka strukturní mechaniky na ETH (Spolková technologická vysoká škola) v Curychu. Specializuje se na monitoring strukturálního stavu přehrad, větrných turbín, letadel, vozidel, nebo také mostů. V současné době musí inženýři buď externě instalovat senzory pro měření namáhání a deformace, nebo je zakomponovat do původní konstrukce. Tento proces je kromě logistických komplikací také finančně nákladný. My sami můžeme vzpomenout na nedávné případy, kdy tato kontrola selhala. "Chtěli bychom vyvíjet infrastruktury s vnitřní inteligencí, které jsou si samy vědomy svého stavu," říká Chatzi.

Beton, který myslí

Jedním z příkladů jak tento problém vyřešit je sebepozorující se beton, který je ve směsi s uhlíkovými vlákny, trubicemi a niklovým práškem schopen autonomního monitoringu svého stavu a poskytuje informace o prasklinách, vlhkosti, či neobvyklém zatížení. Tato data jsou snímána pomocí připojeného napětí a neustálého snímání elektrického odporu.

Druhý typ výzkumu samoopravitelných materiálů je inspirován fotosyntézou rostlin. V loňském roce představili američtí vědci polymer, který se dokáže regenerovat reakcí s oxidem uhličitým, pocházející z okolního vzduchu. Jiné výzkumné skupiny pracují s bakteriemi Sporosarcina pasteuriito, které při vystavení dešťové vodě vytvářejí z dostupných živin vápno. Přidáním k betonu tak mohou tyto půdní bakterie samy utěsnit vznikající trhliny, podobně jako krevní destičky regenerující poraněnou pokožku. Více se o tomto výzkumu můžete dočíst v originální studii, publikované na stránkách odborného časopisu Sedimentary Geology¹

Biologie ve stavebnictví

"Ve fúzi stavebního inženýrství a biologie vidíme obrovský potenciál," říká Mark Tibbitt, profesor makromolekulární inženýrské laboratoře na ETH v Curychu. Tibbitt vyzdvihuje i jiné pokroky v molekulární biologii, jako například prostředek genové editace CRISPR/Cas, či uplatnění 3D tisku v materiálovém inženýrství. "Fascinujícím faktorem živých organismů je, že dokáží vnímat své prostředí a reagovat na něj. Chceme tyto vlastnosti novým materiálům vštípit."

Zmiňuje například pokojové rostliny, které čistí vzduch, nebo mění barvu listů podle kvality vzduchu, či budovy, měnící se podle ročních období, aby udržely pohodlné klima pro své obyvatele.

Mark Tibbit se s Eleni Chatzi setkal před rokem a společně své vize, týkající se kontrolujících a sebeopravitelných materiálů představili vědecké obci na ETH. Zde získali pro svůj projekt řadu spolupracovníků z širokého spektra oborů. "ETH je perfektním centrem pro tento podnik, neboť nabízí vynikající odborníky ze všech klíčových disciplín," dodává Tibbitt. První sympozium je naplánováno na jaro 2020, kde proběhne diskuze o dalším směřování projektu. Cílem je definovat stěžejní výzkumné otázky a zahájit první transdisciplinární práce.

Život v živém

Projekt dvojice Chatzi-Tibbitt ve své pilotní podobě vyvolává řadu otázek. Jednou z nich je, jak stavbou autonomní infrastruktury, která "žije vlastním životem" zajistit bezpečnost a stabilitu. Další neznámou jsou ekologické problémy, jaké hypotetické stavby vyvolají v interakci s lidmi či zvířaty. "Od začátku bereme v úvahu etické a bezpečnostní otázky," říká Tibbitt.

Zdroj: Samuel Sch­lae­fli, Tech Explore

¹https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0037073899000299?via%3Dihub