L'inventore della casa stampata in 3D, Ma Yihe, mostra un modello a Shanghai, Cina, 2014. Guarda le foto della costruzione della casa. © Pei Xin/Xinhua Press/Corbis All'inizio, c'era fango. Le prime abitazioni umane erano costruite con nient'altro che mattoni di fango e paglia cotti al sole. Gli antichi romani furono i primi a sperimentare il cemento, mescolando calce e roccia vulcanica per costruire strutture maestose come il Pantheon a Roma, ancora la più grande cupola in cemento non rinforzato al mondo [fonte:Pruitt].
Nei secoli, ingegneri e architetti hanno escogitato modi sempre nuovi per costruire edifici più alti, creazioni più forti e più belle che utilizzano materiali rivoluzionari come travi d'acciaio, fondazioni antisismiche e tamponamenti in vetro.
Ma cosa riserva il futuro alla tecnologia delle costruzioni? Verrà un giorno in cui le rumorose squadre di costruzione saranno sostituite da sciami di nanobot autonomi? Le crepe nelle fondamenta di cemento un giorno guariranno miracolosamente da sole, o le stazioni di servizio saranno sostituite da auto elettriche che circolano su strade a ricarica automatica?
Continua a leggere per la nostra lista completa di 10 delle innovazioni costruttive più interessanti del prossimo futuro. Alcuni sono anche in uso oggi.
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Se il cemento stradale è stato in grado di guarire se stesso, le città potrebbero risparmiare un sacco di soldi. Justin Sullivan/Getty Images Il calcestruzzo è il materiale da costruzione più utilizzato al mondo [fonte:Crow]. Infatti, è la seconda sostanza più consumata sulla Terra, dopo l'acqua [fonte:Rubenstein]. Pensa a tutte le case di cemento, edifici per uffici, chiese e ponti costruiti ogni anno. Il calcestruzzo è economico e ampiamente adattabile, ma è anche suscettibile di rotture e deterioramento sotto stress come il caldo e il freddo estremi.
Nel passato, l'unico modo per riparare il cemento fessurato era ripararlo, rinforzarlo, oppure buttalo giù e ricomincia da capo. Ma non più. Nel 2010, uno studente laureato e professore di ingegneria chimica presso l'Università del Rhode Island ha creato un nuovo tipo di calcestruzzo "intelligente" che "guarisce" le proprie crepe. La miscela di calcestruzzo è incorporata con minuscole capsule di silicato di sodio. Quando si forma una crepa, le capsule si rompono e rilasciano un agente curativo simile al gel che si indurisce per riempire il vuoto [fonte:URI].
Questo non è l'unico metodo di auto-guarigione del calcestruzzo. Altri ricercatori hanno utilizzato batteri o capillari di vetro incorporati o microcapsule polimeriche per ottenere risultati simili. Però, i ricercatori del Rhode Island ritengono che il loro metodo sia il più conveniente.
Prolungare la vita del calcestruzzo potrebbe avere enormi benefici ambientali. La produzione mondiale di calcestruzzo rappresenta attualmente il 5% delle emissioni globali di anidride carbonica [fonte:Rubenstein]. Il calcestruzzo intelligente non solo renderebbe le nostre strutture più sicure, ma anche ridurre i gas serra.
I nanotubi di carbonio hanno il più alto rapporto resistenza-peso di qualsiasi materiale sulla Terra e possono essere allungati un milione di volte più a lungo del loro spessore. © Arte digitale/Corbis Un nanometro è un miliardesimo di metro. È incredibilmente piccolo. Un singolo foglio di carta è 100, 000 nanometri. L'unghia cresce di circa 1 nanometro ogni secondo. Anche un filamento del tuo DNA è largo 2,5 nanometri [fonte:NANO.gov]. Costruire materiali alla scala "nano" sembrerebbe impossibile, ma utilizzando tecniche all'avanguardia come la litografia a fascio di elettroni, scienziati e ingegneri hanno creato con successo tubi di carbonio con pareti spesse solo 1 nanometro.
Quando una particella più grande viene divisa in parti sempre più piccole, la proporzione della sua superficie rispetto alla sua massa aumenta. Questi nanotubi di carbonio hanno il più alto rapporto resistenza-peso di qualsiasi materiale sulla Terra e possono essere allungati un milione di volte più a lungo del loro spessore [fonte:NBS]. I nanotubi di carbonio sono così leggeri e resistenti che possono essere incorporati in altri materiali da costruzione come i metalli, calcestruzzo, legno e vetro per aggiungere densità e resistenza alla trazione. Gli ingegneri stanno persino sperimentando sensori su scala nanometrica in grado di monitorare le sollecitazioni all'interno dei materiali da costruzione e identificare potenziali fratture o crepe prima che si verifichino [fonte:NanoandMe.org].
L'alluminio trasparente poteva essere utilizzato per costruire grattacieli con pareti in vetro che richiedevano meno supporto interno. più chiaro/Mi+/Getty Images Per decenni, gli ingegneri chimici hanno sognato un materiale che combinasse la forza e la durata del metallo con la purezza cristallina del vetro. Un tale "metallo trasparente" potrebbe essere utilizzato per costruire grattacieli con pareti di vetro che richiedono meno supporto interno. Gli edifici militari sicuri potrebbero installare sottili finestre di metallo trasparente impermeabili al fuoco dell'artiglieria di altissimo livello. E pensa al mostruoso acquario che potresti costruire con questa roba!
Già negli anni '80, gli scienziati hanno iniziato a sperimentare un nuovo tipo di ceramica realizzata con una miscela polverosa di alluminio, ossigeno e azoto. Una ceramica è dura, materiale solitamente cristallino che è fatto da un processo di riscaldamento e raffreddamento. In questo caso, la polvere di alluminio viene posta sotto una pressione immensa, riscaldato per giorni alle 2, 000 gradi C (3, 632 gradi F) e infine lucidato per produrre un perfettamente chiaro, materiale simile al vetro con la forza dell'alluminio [fonte:Ragan].
Conosciuto come alluminio trasparente, o ALON, il materiale dell'era spaziale è già utilizzato dai militari per realizzare finestre blindate e lenti ottiche.
L'aggregato più grande e la mancanza di sabbia nell'asfalto permeabile (mostrato qui) crea vuoti interconnessi, permettendo all'acqua di fluire attraverso la superficie piuttosto che fuori di essa, che riduce il deflusso delle acque piovane. BancheFoto/E+/Getty Images Durante una forte tempesta, lastre d'acqua piovana si riversano sulle carreggiate, marciapiedi e parcheggi, raschiando detriti superficiali e sostanze inquinanti e lavando sostanze chimiche potenzialmente tossiche come la benzina direttamente nelle fogne e nei corsi d'acqua. L'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti (EPA) identifica il deflusso delle acque piovane nelle aree urbane pavimentate come una delle principali fonti di inquinamento delle acque.
La natura ha il suo modo di filtrare le tossine dall'acqua piovana. Il suolo è un magnifico filtro per metalli e altri materiali inorganici. Quando l'acqua piovana scende attraverso i livelli del suolo, i microrganismi e le radici delle piante assorbono le sostanze chimiche in eccesso [fonte:ESA]. Sapendo questo, gli ingegneri hanno creato un nuovo tipo di calcestruzzo permeabile che consente all'acqua piovana di passare attraverso la pavimentazione e lasciare che la natura faccia il suo lavoro.
Il calcestruzzo permeabile o permeabile è realizzato con grani più grandi di roccia e sabbia, lasciando tra il 15 e il 35 percento di spazio aperto nella pavimentazione [fonte:EPA]. Lastre di calcestruzzo permeabile vengono posate sopra la ghiaia o un altro materiale di base poroso che consente all'acqua piovana di depositarsi sul substrato del terreno sottostante. Il calcestruzzo permeabile è un ottimo sostituto dell'asfalto nei parcheggi. Non solo riduce significativamente il deflusso, ma anche il colore più chiaro del cemento riflette la luce del sole e rimane più fresco d'estate.
Su questo fiore di ciliegio poggia una spugna di carbonio di aerogel. Sebbene sia più leggero dell'elio, può assorbire olio 250-900 volte la propria massa. © Imaginechina/Corbis Se la famosa statua in marmo del David di Michelangelo fosse fatta di aerogel, peserebbe solo 4 libbre (2 chilogrammi)! L'aerogel è una delle sostanze meno dense sulla Terra, un materiale solido simile alla schiuma che mantiene la sua forma nonostante sia leggero quasi come l'aria. Alcuni tipi hanno densità solo tre volte più pesanti dell'aria, ma in genere gli aerogel sono 15 volte più pesanti dell'aria [fonte:Aerogel.org].
Potresti pensare al gel come a una sostanza umida, come il gel per capelli. Ma l'aerogel si ottiene rimuovendo il liquido da un gel. Tutto ciò che rimane è la struttura della silice, che è composta dal 90 al 99 percento di aria. Aerogel è quasi senza peso, ma può essere filato in sottili fogli di tessuto aerogel. Nei progetti di costruzione, il tessuto in aerogel dimostra proprietà "super-isolanti". La sua struttura porosa rende difficile il passaggio del calore. Nei test, il tessuto in aerogel aveva da due a quattro volte il potere isolante del tradizionale isolamento in fibra di vetro o schiuma [fonte:LaMonica]. Una volta che il prezzo scende, potrebbe essere ampiamente utilizzato nella costruzione.
Questo tavolo cambia colore quando qualcosa di caldo si posa su di esso, grazie a una superficie reattiva alla temperatura. Moving Color Studios Se tu fossi vivo nel 1991 e vivessi in superficie, ci sono buone probabilità che tu abbia una maglietta Hypercolor. Per qualche miracolo scientifico - un miracolo chiamato colorante termocromico - i ragazzi di Hypercolor hanno realizzato magliette che cambiavano colore con la temperatura corporea. Le pubblicità lo facevano sembrare super cool e sexy; la tua ragazza potrebbe metterti le mani calde sul petto e lasciare un segno luminoso. Ma in realtà le parti più calde del tuo corpo sono solitamente le ascelle. Ascelle luminose =non super sexy.
Oggi, un'azienda denominata Moving Color produce piastrelle decorative in vetro rivestite con vernice termocromica che "prende vita" al variare della temperatura della superficie. A temperatura ambiente, le piastrelle sono di un nero lucido, ma quando tocchi le piastrelle - o le colpisci con luce diretta o acqua calda - i colori si trasformano come l'aurora boreale in blu iridescente, rosa e verdi. L'applicazione più cool deve essere la doccia che cambia colore. La buona notizia per Moving Color è che le case non hanno le ascelle.
Kirstin Petersen, un collega accademico in intelligenza artificiale all'Università di Harvard, mostra i robot ispirati alle termiti all'incontro dell'American Association for the Advancement of Science a Chicago nel 2014. KERRY SHERIDAN/AFP/Getty Images Uno dei costruttori più ingegnosi della natura è l'umile termite. Con un cervello grande quanto un granello di sabbia, lavora insieme a centinaia di migliaia di compagni di tumulo per costruire strutture di fango colossali e complesse. Le termiti hanno catturato l'attenzione dei ricercatori di robotica di Harvard perché gli insetti non prendono ordini da un architetto centrale di termiti. Ogni termite lavora da sola secondo regole di comportamento geneticamente programmate. Insieme, come uno sciame di individui risoluti, creano opere monumentali di fango.
Ispirato dalle termiti, i ricercatori del Self-organizing Systems Research Group di Harvard hanno costruito piccoli robot da costruzione programmati per lavorare insieme come uno sciame. I robot a quattro ruote possono costruire muri simili a mattoni sollevando ogni mattone, arrampicarsi sul muro e posare il mattone in un punto aperto. Dispongono di sensori per rilevare la presenza di altri robot e regole per togliersi di mezzo. Come le termiti, nessuno li "controlla", ma sono programmati per costruire collettivamente un progetto specifico.
Immagina le applicazioni:robot che sciamano costruiscono muri di argine lungo una costa pericolosamente allagata; migliaia di minuscoli robot che costruiscono una stazione spaziale su Marte; o gasdotti sottomarini profondi assemblati da sciami di robot che nuotano. Un esperimento simile ha utilizzato uno sciame di robot volanti autonomi per costruire una torre di mattoni abilmente ondulata [fonte:Liggett].
Ma Yihe (a sinistra) mostra le pareti stampate in 3D per le case che la sua azienda sta costruendo a Shanghai, Cina. La sua azienda prevede di costruirne 10 in un giorno. © Pei Xin/Xinhua Press/Corbis La stampa 3D è finalmente diventata mainstream. Makerbot sta vendendo macchine desktop eleganti (e quasi convenienti) in grado di stampare giocattoli di plastica 3D completamente renderizzati, gioielleria, parti di macchine e arti artificiali. Ma cosa succede se si desidera stampare qualcosa di più grande di una scatola da scarpe? Potresti davvero costruire una stampante 3D abbastanza grande da stampare una casa di plastica?
La risposta è si." Uno studio di architettura olandese ha lanciato un ambizioso progetto di arte pubblica per costruire una casa stampata in 3D. Ma prima, hanno dovuto costruire una delle stampanti 3D più grandi del mondo, chiamato il Kamermaker o "creatore di stanze". Utilizzando lo stesso materiale plastico delle stampanti 3D su piccola scala, il Kamermaker può stampare grandi componenti in plastica simili a LEGO che verranno assemblati nelle singole stanze della casa. Le stanze quindi si chiuderanno insieme - di nuovo, pensa LEGO:con gli esterni stampati della casa progettati per sembrare una tradizionale casa sul canale olandese.
Nel frattempo, una società di costruzioni cinese sta costruendo case utilizzando una gigantesca stampante 3D che spruzza strati di cemento e rifiuti edili per assemblare le case. La società dice che le case costeranno meno di $ 5, 000 ciascuno, e può produrne fino a 10 in un giorno [fonte:Guardian].
Non c'è bisogno di un'auto con pannelli solari se inventiamo strade in grado di fornire energia in modalità wireless a un'auto elettrica. © Chris Rogers/Corbis Google sta monopolizzando tutte le luci della ribalta con la sua auto a guida autonoma, ma a che servono le auto intelligenti se devono ancora guidare su strade "stupide"?
Una delle nuove idee più entusiasmanti è una carreggiata che funge da caricabatterie per i veicoli elettrici. Una società neozelandese ha già costruito un grande "power pad" in grado di caricare in modalità wireless un'auto elettrica parcheggiata [fonte:Barry]. Il prossimo passo è incorporare la tecnologia di ricarica wireless nella superficie stradale reale in modo che i veicoli elettrici possano ricaricarsi in movimento. Niente più stazioni di rifornimento!
Altre idee intriganti che potrebbero diventare realtà un giorno includono superfici stradali che assorbono la luce solare per generare elettricità, o - ancora più interessante - incorporare la strada con cristalli piezoelettrici che catturano le vibrazioni delle auto in transito e le convertono in energia utilizzabile [fonte:da zero a 60 volte].
Il guscio duro dell'abalone ha ispirato i ricercatori del MIT a isolare l'enzima utilizzato dall'abalone per mineralizzare la C02 al fine di costruire i loro gusci. Un giorno, potremmo essere in grado di fare mattoni di carbonio da C02. Bill Brennan/Prospettive/Getty Images L'anidride carbonica (CO2) emessa dalle centrali elettriche e dalle automobili è la più grande fonte di gas serra prodotti dall'uomo. Ogni anno, pompiamo più di 30 miliardi di tonnellate (33 miliardi di tonnellate) di CO2 nell'atmosfera dove accelera gli effetti dannosi del riscaldamento globale [fonte:Trafton]. Mentre il settore energetico sperimenta l'intrappolamento o il "sequestro" delle emissioni di CO2 nel sottosuolo, un team di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha utilizzato con successo il lievito geneticamente modificato per convertire il gas CO2 in solido, materiali da costruzione a base di carbonio.
Come la squadra delle termiti di Harvard, i ricercatori del MIT si sono ispirati anche alla natura, questa volta l'abalone. Come altri crostacei, abalone può convertire la CO2 e i minerali oceanici in carbonato di calcio per costruire i loro gusci duri come la roccia. I ricercatori hanno isolato l'enzima utilizzato dall'abalone per mineralizzare la CO2 e hanno progettato un lotto di lievito per produrlo. Un bicchiere pieno di lievito geneticamente modificato può produrre 2 libbre (1 chilogrammo) di carbonato solido da solo 1 libbra (0,5 chilogrammi) di C02 [fonte:Trafton]. Immagina quanti mattoni di carbonio potrebbero produrre con 30 miliardi di tonnellate di CO2.
Per molti altri elenchi di invenzioni che cambiano il mondo e previsioni futuriste, controlla i relativi collegamenti HowStuffWorks nella pagina successiva.
C'è qualcosa allo stesso tempo esilarante e terrificante nel guardare uno sciame di robot volanti autonomi costruire qualcosa di bello, o un'auto robotica a guida autonoma si avvicina senza problemi al drive-thru Taco Bell. Stiamo creando macchine la cui intelligenza artificiale presto rivaleggia con la nostra intelligenza "organica". Nel 99 per cento dei casi, questa sarà invariabilmente una buona cosa, rendere le strade più sicure - le auto di Google devono ancora avere un incidente o ottenere una multa - e automatizzare attività che un tempo richiedevano centinaia di ore di lavoro umano pericoloso. Ma se Hollywood ci ha insegnato qualcosa, è che le macchine intelligenti alla fine si ribelleranno contro di noi e raccoglieranno i nostri organi per l'alimentazione a batteria. Spero solo che la nostra corsa al progresso scientifico sia tenuta sotto controllo da un forte interruttore etico "off". Solo per essere al sicuro, Di notte scollego tutti i miei elettrodomestici "intelligenti". Mi piace la mia milza proprio dov'è, grazie.
