Uppfinnaren av det 3D-tryckta huset, Ma Yihe, visar en modell i Shanghai, Kina, 2014. Se hembyggnadsbilder. © Pei Xin/Xinhua Press/Corbis I början, det fanns lera. De tidigaste mänskliga bostäderna byggdes av inget annat än tegel- och halmstenar bakade i solen. De gamla romarna experimenterade först med betong, blanda kalk och vulkanisk sten för att bygga majestätiska strukturer som Pantheon i Rom, fortfarande den största oarmerade betongkupolen i världen [källa:Pruitt].
Under århundradena, ingenjörer och arkitekter har tagit fram nya sätt att bygga högre, starkare och vackrare skapelser med hjälp av spelförändrande material som stålbalkar, jordbävningssäkra fundament och glasridåväggar.
Men hur ser framtiden ut för byggtekniken? Kommer det att komma en dag då bullriga byggbesättningar ersätts av svärmar av autonoma nanobotar? Kommer sprickorna i betongfundament en dag på ett mirakulöst sätt läka sig själva, eller ersätts bensinstationer med elbilar som kör på självladdande vägar?
Fortsätt läsa för vår fullständiga lista över 10 av de mest spännande konstruktionsinnovationerna inom en snar framtid. Vissa används till och med idag.
Innehåll
Om vägbetong kunde läka sig själv, städer kan spara mycket pengar. Justin Sullivan/Getty Images Betong är det enskilt mest använda byggmaterialet i världen [källa:Crow]. Faktiskt, det är det näst mest förbrukade ämnet på jorden, efter vatten [källa:Rubenstein]. Tänk på alla betonghus, kontorsbyggnader, kyrkor och broar som byggs varje år. Betong är billig och mycket anpassningsbar, men det är också mottagligt för sprickor och försämring under påfrestningar som extrem värme och kyla.
Förr, det enda sättet att fixa sprucken betong var att lappa den, förstärka det, eller slå ner det och börja om från början. Men inte längre. År 2010, en doktorand och kemitekniker vid University of Rhode Island skapade en ny typ av "smart" betong som "läker" sina egna sprickor. Betongblandningen är inbäddad med små kapslar natriumsilikat. När en spricka bildas, kapslarna spricker och släpper ut ett geliknande läkemedel som härdar för att fylla tomrummet [källa:URI].
Detta är inte den enda metoden för självläkande betong. Andra forskare har använt bakterier eller inbäddade glaskapillärer eller polymermikrokapslar för att uppnå liknande resultat. Dock, Rhode Island-forskarna tror att deras metod är den mest kostnadseffektiva.
Att förlänga betongens livslängd kan ha enorma miljöfördelar. Världsomspännande betongproduktion står för närvarande för 5 procent av de globala koldioxidutsläppen [källa:Rubenstein]. Smart betong skulle inte bara göra våra strukturer säkrare, men också minska på växthusgaser.
Kolnanorör har det högsta förhållandet mellan styrka och vikt av något material på jorden och kan sträckas en miljon gånger längre än deras tjocklek. © Digital Art/Corbis En nanometer är en miljarddels meter. Det är omöjligt litet. Ett enda pappersark är 100, 000 nanometer. Din nagel växer ungefär 1 nanometer per sekund. Även en del av ditt DNA är 2,5 nanometer bred [källa:NANO.gov]. Att konstruera material i "nano" -skala verkar omöjligt, men använder avancerade tekniker som elektronstråle litografi, forskare och ingenjörer har framgångsrikt skapat rör av kol med väggar som bara är 1 nanometer tjocka.
När en större partikel delas upp i allt mindre delar, andelen av dess yta till dess massa ökar. Dessa kolnanorör har det högsta förhållandet mellan styrka och vikt av något material på jorden och kan sträckas en miljon gånger längre än deras tjocklek [källa:NBS]. Kolnanorör är så lätta och starka att de kan bäddas in i andra byggmaterial som metaller, betong, trä och glas för att lägga till densitet och draghållfasthet. Ingenjörer experimenterar till och med med nanoskala sensorer som kan övervaka spänningar inuti byggmaterial och identifiera potentiella sprickor eller sprickor innan de inträffar [källa:NanoandMe.org].
Genomskinligt aluminium skulle kunna användas för att konstruera höga glasväggiga skyskrapor som krävde mindre internt stöd. claser/E+/Getty Images I årtionden, kemiska ingenjörer har drömt om ett material som kombinerar metallens hållfasthet och hållbarhet med den kristallklara renheten i glas. En sådan "klar metall" kan användas för att konstruera höga glasväggiga skyskrapor som kräver mindre inre stöd. Säkra militära byggnader skulle kunna installera tunna genomskinliga metallfönster som är ogenomträngliga för artillerield av högsta kaliber. Och tänk på det monsterösa akvariet du kan bygga med de här grejerna!
På 1980 -talet, forskare började experimentera med en ny typ av keramik gjord av en pulverformig blandning av aluminium, syre och kväve. En keramik är svår, vanligtvis kristallint material som tillverkas genom en process för uppvärmning och kylning. I detta fall, aluminiumpulvret placeras under enormt tryck, uppvärmd i flera dagar vid 2, 000 grader C (3, 632 grader F) och slutligen polerad för att ge en helt klar, glasliknande material med styrka av aluminium [källa:Ragan].
Känd som transparent aluminium, eller ALON, rymdåldermaterialet används redan av militären för att göra pansarfönster och optiska linser.
Det större aggregatet och bristen på sand i genomtränglig asfalt (visas här) skapar sammankopplade tomrum, låter vatten rinna genom ytan snarare än av den, vilket minskar dagvattenavrinningen. BanksPhotos/E+/Getty Images Under en kraftig storm, ark regnvatten häller ner på vägar, trottoarer och parkeringsplatser, skura upp ytskräp och föroreningar och tvätta potentiellt giftiga kemikalier som bensin direkt i avlopp och vattendrag. U.S. Environmental Protection Agency (EPA) identifierar avrinningen av stormvatten i asfalterade stadsområden som en stor källa till vattenföroreningar.
Naturen har sitt eget sätt att filtrera bort toxiner från regnvatten. Jord är ett magnifikt filter för metaller och andra oorganiska material. När regnvatten passerar ner genom marknivåer, mikroorganismer och växtrötter absorberar överskott av kemikalier [källa:ESA]. Att veta detta, ingenjörer har skapat en ny typ av permeabel betong som låter regnvatten passera genom trottoaren och låta naturen göra sitt arbete.
Permeabel eller genomtränglig betong är gjord med större sten- och sandkorn, lämnar mellan 15 och 35 procent av det öppna utrymmet i trottoaren [källa:EPA]. Plattor av permeabel betong läggs ovanpå grus eller annat poröst basmaterial som låter regnvatten sätta sig till markunderlaget under. Permeabel betong är en utmärkt ersättning för asfalt på parkeringsplatser. Det minskar inte bara avrinningen avsevärt, men också den ljusare färgen på betong reflekterar solljus och förblir svalare på sommaren.
En kolsvamp gjord av aerogel vilar på denna körsbärsblomma. Även om det är lättare än helium, den kan absorbera olja 250-900 gånger sin egen massa. © Imaginechina/Corbis Om Michelangelos berömda marmorstaty av David var gjord av aerogel, den skulle bara väga 2 kilo! Airgel är en av de minst täta ämnena på jorden, ett skumliknande fast material som håller sin form trots att det är nästan lika lätt som luft. Vissa typer har densiteter bara tre gånger tyngre än luft, men vanligtvis är aerogeler 15 gånger tyngre än luft [källa:Aerogel.org].
Du kanske tänker på gel som en våt substans, som hårgelé. Men aerogel tillverkas genom att ta bort vätskan från en gel. Allt som återstår är kiseldioxidstrukturen - som är 90 till 99 procent luft. Airgel är nästan viktlös, men kan snurras ut till tunna ark av aerogeltyg. I byggprojekt, airgel-tyg visar "superisolerande" egenskaper. Dess porösa struktur gör det svårt för värme att passera igenom. I tester, airgel -tyget hade två till fyra gånger isoleringskraften från traditionell glasfiber- eller skumisolering [källa:LaMonica]. När priset väl har sjunkit, det kan användas i stor utsträckning i konstruktion.
Det här bordet ändrar färg när något varmt vilar på det, tack vare en temperaturreaktiv yta. Moving Color Studios Om du levde 1991 och bodde ovanför jorden, oddsen är bra att du ägde en Hypercolor T-shirt. Av något vetenskapligt mirakel - ett mirakel som kallas termokrom färg -folk på Hypercolor gjorde T-shirts som ändrade färg med din kroppstemperatur. Reklamfilmerna fick det att se superhäftigt och sexigt ut; din flickvän kan lägga sina heta händer på bröstet och lämna ett glödande märke. Men i verkligheten är de hetaste delarna av din kropp vanligtvis dina armhålor. Glödande armhålor =inte supersexig.
I dag, ett företag som heter Moving Color tillverkar dekorativa glasplattor belagda med termokromisk färg som "blir levande" med förändrade yttemperaturer. Vid rumstemperatur, plattorna är en blank svart, men när du rör vid brickorna - eller slår dem med direkt ljus eller varmt vatten - förvandlas färgerna som norrskenet till iriserande blues, rosa och gröna. Den coolaste applikationen måste vara den färgskiftande duschen. Den goda nyheten för Moving Color är att hus inte har armhålor.
Kirstin Petersen, en akademiker i artificiell intelligens vid Harvard University, demonstrerar robotar inspirerade av termiter vid American Association for the Advancement of Science -mötet i Chicago 2014. KERRY SHERIDAN/AFP/Getty Images En av naturens mest geniala byggare är den ödmjuka termiten. Med en hjärna stor som ett sandkorn, det arbetar tillsammans med hundratusentals högkamrater för att bygga kolossala och komplexa lerstrukturer. Termiter fångade Harvard robotforskares uppmärksamhet eftersom insekterna inte tar order från någon central termitarkitekt. Varje termit arbetar ensam enligt genetiskt programmerade beteenderegler. Tillsammans, som en svärm av enfaldiga individer, de skapar monumentala lerverk.
Inspirerad av termiter, forskare vid Harvards Self-organisating Systems Research Group har byggt små konstruktionsrobotar som är programmerade att fungera tillsammans som en svärm. De fyrhjuliga robotarna kan bygga tegelliknande väggar genom att lyfta varje tegel, klättra på väggen och lägga tegelstenen på en öppen plats. De har sensorer för att upptäcka närvaron av andra robotar och regler för att komma ur varandras sätt. Som termiter, ingen "kontrollerar" dem, men de är programmerade att gemensamt bygga en specifik design.
Föreställ dig tillämpningarna:Svärmande robotar som bygger vallväggar längs en farligt översvämmade kust; tusentals små robotar som bygger en rymdstation på Mars; eller djupa undervattensgasledningar som monteras av simmande svärmar av robotar. Ett liknande experiment använde en svärm av autonoma flygande robotar för att bygga ett konstigt böljande tegeltorn [källa:Liggett].
Ma Yihe (vänster) visar de 3D-tryckta väggarna för hus som hans företag bygger i Shanghai, Kina. Hans företag planerar att bygga 10 av dessa på en dag. © Pei Xin/Xinhua Press/Corbis 3D-utskrift har äntligen blivit vanligt. Makerbot säljer fina (och nästan prisvärda) stationära maskiner som kan skriva ut fullt återgivna 3D-leksaker i plast, Smycken, maskindelar och konstgjorda lemmar. Men vad händer om du vill skriva ut något större än en skokartong? Kan du faktiskt bygga en 3D-skrivare som är tillräckligt stor för att skriva ut ett plasthus?
Svaret är ja." Ett nederländskt arkitektfirma har lanserat ett ambitiöst offentligt konstprojekt för att bygga ett 3D-tryckt hus. Men först, de var tvungna att bygga en av världens största 3D-skrivare, kallade Kamermaker eller "room maker". Med samma plastkällmaterial som småskaliga 3D-skrivare, Kamermaker kan skriva ut stora LEGO-liknande plastkomponenter som monteras i enskilda rum i huset. Rummen kommer då att låsas ihop - igen, tänk LEGO - med det tryckta utsidan av hemmet utformat för att se ut som ett traditionellt nederländskt kanalhus.
Under tiden, ett kinesiskt byggföretag bygger hus med en jätte 3D-skrivare som sprutar lager av cement och byggavfall för att montera hemmen. Företaget säger att husen kommer att kosta mindre än $ 5, 000 vardera, och det kan producera upp till 10 av dem på en dag [källa:Guardian].
Inget behov av en solpanelbil om vi kommer på vägar som trådlöst kan ge ström till en elbil. © Chris Rogers/Corbis Google tappar allt i rampljuset med sin självkörande bil, men vad tjänar smarta bilar om de fortfarande måste köra på "dumma" vägar?
En av de mest spännande nya idéerna är en väg som fungerar som laddare för elfordon. Ett företag i Nya Zeeland har redan byggt en stor "power pad" som kan ladda en parkerad elbil trådlöst [källa:Barry]. Nästa steg är att bädda in den trådlösa laddningstekniken i den faktiska vägbeläggningen så att elfordon kan ladda i farten. Inga fler tankstationer!
Andra spännande idéer som kan gå i uppfyllelse en dag inkluderar vägytor som absorberar solljus för att generera el, eller - ännu svalare - bädda in vägen med piezoelektriska kristaller som fångar vibrationer från förbipasserande bilar och omvandlar dem till användbar energi [källa:Noll till 60 gånger].
Abalonens hårda skal inspirerade MIT -forskare att isolera enzymet abalone -användning för att mineralisera C02 för att bygga sina skal. En dag, vi kanske kan göra kolstenar från C02. Bill Brennan/Perspectives/Getty Images Koldioxid (CO2) som utspolas från kraftverk och bilar är den enskilt största källan till konstgjord växthusgas. Varje år, vi pumpar mer än 30 miljarder ton (33 miljarder ton) CO2 till atmosfären där det påskyndar de skadliga effekterna av global uppvärmning [källa:Trafton]. Medan energisektorn experimenterar med att fånga eller "kvästra" koldioxidutsläpp under jorden, ett team av forskare vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) har framgångsrikt använt genetiskt modifierad jäst för att omvandla CO2 -gas till fast, kolbaserade byggmaterial.
Som Harvard -termitlaget, MIT -forskarna inspirerades också av naturen, denna gång abalone. Liksom andra kräftdjur, abalone kan omvandla havsburen CO2 och mineraler till kalciumkarbonat för att bygga sina stenhårda skal. Forskarna isolerade enzymet som abalone använder för att mineralisera CO2 och konstruerade ett parti jäst för att producera det. En bägare full av genetiskt modifierad jäst kan producera 2 kilo (1 kg) fast karbonat från endast 1 kilo (0,5 kilo) C02 [källa:Trafton]. Tänk hur många kolstenar de skulle kunna göra med 30 miljarder ton koldioxid.
För mycket mer lista över världsförändrande uppfinningar och futuristiska förutsägelser, kolla in de relaterade HowStuffWorks -länkarna på nästa sida.
Det finns något som samtidigt är spännande och skrämmande att se en svärm av autonoma flygande robotar bygga något vackert, eller en självkörande robotbil som sömlöst drar upp till Taco Bell-körningen. Vi skapar maskiner vars artificiella intelligens snart kommer att konkurrera med vår egen "organiska" intelligens. I 99 procent av fallen, detta kommer alltid att vara bra, göra vägar säkrare - Google -bilarna har ännu inte råkat ut för en olycka eller fått en biljett - och automatiserar uppgifter som tidigare krävde hundratals timmar av farligt mänskligt arbete. Men om Hollywood har lärt oss något, det är att intelligenta maskiner så småningom kommer att göra uppror mot oss och skörda våra organ för batterikraft. Jag hoppas bara att vår ras för vetenskapliga framsteg hålls i schack av en stark etisk "av" -brytare. Bara för att vara säker, Jag kopplar ur alla mina "smarta" apparater på natten. Jag gillar min mjälte precis där den är, tack.
