高速公路，治疗自己

沿着从纽约密集的高速公路走廊波士顿最近的驱动器，长达一个小时的堵车赶紧把一个阳光明媚的早晨刹车。

“这肯定是个意外，”我想。

但是，当我终于能够通过一个车道挤还开着，我意识到延迟的真正根源：两名男子被铲冷沥青了自卸车的后面，因为它跚跚而来沿着前方闪烁的警车。

他们把这些颗粒撒到冬天能发现的所有坑洼里，指望我们这些开车的人把它压实。沿着路边，我可以看到至少四分之一的碎片最终在哪里。

我对此表示怀疑，但这让我想到了一些材料和一些已经开发出来的聪明的创新，它们本可以避免这种对成千上万的通勤者来说代价高昂的延误，更不用说坑洼造成的破坏了。

除了成本问题之外，还有安全问题——正如尼泊尔最近发生的事件所显示的那样，安全问题并非微不足道。以更低的成本提供不易损坏的材料可以挽救生命。

潜在的环境赌注也很大。从温室气体减排和使用能源的生产混凝土消除维护和拉伸材料的寿命的，好处一个新的世界能够从更智能，更安全的结构演变。

生物能帮助使“哑巴材料”聪明吗？

其中一个创新是由Erik施兰根和他的土木工程团队创造了一个混合物，代尔夫特理工大学在荷兰。他们在传统的沥青和骨料复合材料中加入了另一种成分:钢。

然而，钢的用途并不是结构上的。它的细缕可以充当散热片，就像咖啡师在加入热液体之前，把一个金属勺子放入玻璃杯的做法一样。勺子的热容量较低，这意味着它的温度会比易碎的玻璃上升得更快，从而防止它摔碎。

当感应加热器经过沥青表面时，金属的温度高到足以熔化沥青并填满任何裂缝。然后沥青变硬，当热量被去除时，它就会封住裂缝。

施兰根已安装在荷兰道路400米的试验段，并通过技术仍处于开发阶段已经鼓励。他估计，他们所谓的“疗伤机器”一通每四年将平均道路的寿命增加一倍，节省了单独的资本成本提高了很多钱。

虽然不完全是“自我修复”，因为人们仍然需要运行的热源机，荷兰沥青的例子是越来越多的一群聪明的材料，这将增加我们的结构的耐久性和弹性的一部分。

大自然提供的型号为几个这些创新，但承认翻译从生物到技术的极限是很重要的。

正如在许多自然过程，复杂的信息传递驱动这些日常的奇迹。例如，当你砍你的皮肤，你的身体会立即做出响应。

皮肤上数以百万计的显微神经末梢已经向身体发出信号，使伤口部位的血管收缩。酶从破裂的血管中泄漏出来，引发血小板向破裂部位流动，堵塞裂口，形成含有凝血蛋白的纤维蛋白网。这张网最终会在伤口上形成熟悉的结痂。

一旦出血得到控制，身体就会发送白细胞来对抗任何异物。当血液流动和感染得到控制时，成纤维细胞被送到结痂处产生胶原蛋白，以重建结痂下的皮肤结构，包括必需的载氧血管。

应用自愈概念，我们的一些“愚蠢”的材料，沥青和混凝土的大部分工程师，是不是要模拟复杂的生物学过程的细节，但控制简单的基本反应或结构。这可能是自密封和自我修复来区分有用。

从我们的示例中的天然隐喻上面会痂在伤口的形成中，相对于下面的皮肤的再生。真正的自我修复材料，但是，需要结构完整性真正恢复。

开裂混凝土难以为继的情况下，

混凝土是水，波特兰水泥和骨料的混合物。虽然很强大的压缩功能，该物质是在张力相当薄弱 - 这是螺纹钢往往添加了增强的原因。材料如玻璃纤维也已成功地加入到当地的抗拉强度援助。

尽管有这些改进，裂缝仍然发生，而且混凝土使用的大部分历史都是控制裂缝，而不是预防裂缝。

当水进入裂缝时，它会加速裂缝的生长，特别是当冻结和融化是当地机制的一部分时。杂散粒子的楔入和诸如来自盐水的氯化物等物质的化学侵入也令人关切。

在伊利诺伊大学香槟分校在美国，工程师们正在研究使用一种常见的土壤细菌来制造一种由裂缝引起的氧气和pH值变化引发的生物材料。

这是生物利用率以及生物灵感和巴斯德种到混凝土配合比的细菌，没有改变，直到提示碳酸盐生产钙，就像他们可能在石灰石做自然。

在根特大学在美国，研究人员正在研究三种材料添加剂来实现自我修复:细菌、水凝胶和聚合物。在根特过程中，细菌被水入侵触发沉淀生物组分。

细菌被吸引到微量营养素在水中并随后将其代谢产生的碳酸钙的是密封件的裂纹。

研究人员观察了组合使用水凝胶与细菌生物矿化的援助。水凝胶可以由许多材料制成，而是由它们的吸水能力，往往几百次自己的体重来区分。

它们是交联和具有亲水性基团的聚合物链的网络。从相位的角度来看，它们是有趣的，因为它们可以被归类为既不固体也不液体，但同时具有的性能;它们含有50-90％的水，但不能被溶解。

因此，由于聚合物链内的三维交联，凝胶将存在并表现得有点像固体。我上面提到的血凝块是水凝胶的例子，还有软骨，眼睛的玻璃体，肌腱和身体里的粘液。

在根特混凝土中混合水凝胶，既可以保护细菌免受混合和浇筑的压力，又可以收集侵入性的水供细菌食用。

根特大学的研究人员还在研究如何在混凝土内部使用现有的合成聚合物表面密封胶，并正在试验不同类型的易碎胶囊。挑战包括实现均匀分布和开发一种车辆可以承受的力量，混合和浇注，但随后破裂的结果。

从身体借款

在可能是改善混凝土最直接的自然研究中，在代尔夫特的Schlangen实验室的一名成员受到了骨骼的结构和行为的启发。

除了是一个活组织，骨是分级结构化的复合材料的一个典型的例子，而代尔夫特团队已尝试将这些属性转换为一个多孔混凝土网络。

在宏观层面上，工程师试图模拟两种基本类型的骨骼结构:硬(皮质)和软(松质)。然后他们将观察到的骨愈合过程分为三个步骤:炎症;骨生产;和骨重建。

将得到的原型是硬，密实混凝土的围绕内部层的夹层
一种可注入两部分环氧树脂的多孔混凝土。

多孔层首先充满了PVA混合后，所有的电梯已经被压实和固化，留下的空隙，将溶解。然后，他们在测试缺口外层和注入环氧树脂到中间多孔层，并得到了成功的端部到裂纹扩展。

与许多其他技术不同的是，这种方法将依靠传感器和致动器，而不是材料的物理反应来产生响应。

但是这种方法带来了一些独特的挑战，精确定位断口和调整压力和粘度的环氧树脂从正确的出口完全渗透其中。

这些仅仅是正在开展的几个战术，把一些生活进入我们的道路和建筑物。他们将有广泛的影响，如果可以降低成本和制造技术，扩大规模。

目前工业上采用的五大策略是:化学封装;细菌封装;脆性管中的化学物质;定制的外加剂;和纤维。从广义上说，用更可持续的方式替代老式混凝土的好处可能包括更有弹性的基础设施、更好的安全性、节约成本和提高环境可持续性。必威体育2018

如果社会要生产出在时间、能源和材料方面更有效率、更便宜的东西，那么仿生方法通常是非常有用的。当谈到我们修建道路的方式时，大自然最大的灵感可能就是自我修复。