Beton „autovindecător”: răspunsul DARPA pentru problemele legate de locuințele militare

Când îți faci o tăietură, pielea se vindecă singură. Un pod sau o clădire de beton care suferă daune la suprafață nu poate face același lucru. Dar un nou efort al Agenției pentru Proiecte de Cercetare Avansată a Apărării (DARPA) de a oferi „capacități de auto-vindecare” concrete își propune să schimbe acest lucru.

Inițiativa, Bio-inspired Restoration of Aged Concrete Edifices (BRACE), va crea „structuri vasculare” în beton și va injecta „substanțe vindecătoare” lichide care vor curge prin structuri pentru a face întreg orice beton crăpat și prăbușit. Împreună cu aceasta, proiectul va dezvolta noi sisteme pentru întreținerea acestor noi sisteme și pentru a prezice cât vor dura.

Este foarte asemănător cu modul în care corpul nostru repară deteriorarea țesuturilor: vasele de sânge pompează sânge către o rană, iar în sânge se află celule care conțin oxigen, proteine ​​și alte materiale care susțin creșterea de țesut nou. DARPA a recunoscut asemănarea într-un comunicat de presă în care a numit BRACE o abordare „bio-inspirată” pentru restaurarea infrastructurii vechi și deteriorate.

„Inspirat de sistemele vasculare care susțin repararea continuă în organismele și ecosistemele multicelulare, BRACE va dezvolta abordări pentru a integra o „vasculatură” de vindecare pentru repararea și prevenirea prelungită a daunelor”, se arată în comunicat.

BRACE se va desfășura pe o perioadă de 4,5 ani și va căuta parteneri în acest an, pe 13 aprilie, o Zi virtuală a Proposersilor pentru potențialii propuneri.

Noua abordare a unei probleme istorice

Armata SUA are mult beton care are nevoie de vindecare. Clădirile și infrastructura Armatei, Forțelor Aeriene, Marinei și Marinei au probleme de întreținere endemice și se confruntă cu restanțe de reparații în valoare de zeci de miliarde de dolari. Condițiile de viață în locuințele de bază s-au deteriorat de ani de zile, în timp ce daunele structurale aduse șantierelor navale, hangarelor de avioane și pistelor sunt atât de mari încât determină misiunile Forțelor Aeriene și Marinei să rămână în urmă.

Reducerile de finanțare pentru construcțiile militare și locuințe în ultimul deceniu ar putea fi o parte a problemei. Vârsta este o alta, deoarece multe dintre aceste facilități datează din al Doilea Război Mondial sau mai devreme. Timpul și elementele își fac amprenta.

A dărâma toate aceste structuri vechi și a construi altele noi ar fi o întreprindere colosală – și colosal de costisitoare. Inginerii BRACE speră că pot economisi timp și bani făcând ca structurile existente să dureze mai mult.

„DoD de astăzi a moștenit și se bazează pe o cantitate semnificativă de infrastructură din beton din anii 1940 și 1950, care nu poate fi înlocuită cu ușurință”, a spus dr. Matthew J. Pava, manager de program BRACE, în comunicatul de presă al DARPA. „Dacă are succes, programul BRACE va preveni daune noi, va scurta timpul de reparare și va reduce costurile de întreținere, permițând o durată de viață extinsă a infrastructurii.”

Soluții bazate pe biologie

S-ar putea să-i surprindă pe unii cititori că biologia ar putea fi inspirația pentru o nouă modalitate de a repara betonul, dar nu ar trebui. Inginerii și designerii umani au rezolvat probleme prin emularea sistemelor și formelor găsite în lumea naturală de ani de zile.

Practica se numește „biomimetism”. Și așa a apărut Velcro: inventatorul George de Mestral și-a luat ideea pentru adeziv faimos în întreaga lume după ce într-o noapte a îndepărtat bavurile de pe blana câinelui său și le-a examinat de aproape pentru a vedea de ce erau atât de lipicioase.

Biomimetismul a rezolvat și problemele legate de energia curată și sustenabilitate. În 2004, cercetătorii britanici și americani au observat că aripioarele de balenă au denivelări mici care reduc rezistența și măresc viteza de înot a mamiferelor mari. Cercetătorii au copiat acest design pe palele turbinelor eoliene și au sporit foarte mult producția de energie eoliană.

Și în 2012, un arhitect din Zimbabwe a proiectat o clădire, Eastgate Centre, care utilizează cu 90% mai puțină energie pentru încălzire și răcire decât clădirile de dimensiuni similare. Cum a făcut-o? Studierea tunelurilor de răcire ale movilelor de termite.

Biomimetismul are fani în DARPA. Agenția l-a aplicat la câteva aplicații de apărare, pe lângă betonul autovindecător:

  • În 2019, DARPA a deschis cercetări pentru studierea creierului insectelor pentru indicii pentru dezvoltarea unor cadre software mai bune pentru inteligență artificială.
  • Plantele simt și răspund la stimulii din mediu. Advanced Plant Technologies de la DARPA explorează genomul plantelor de inginerie, astfel încât acestea să detecteze și să reacționeze la radiații, agenți de război chimic și agenți patogeni.
  • Roiurile de drone mici ar putea fi mai eficiente decât una sau două mari. Pentru a evalua modul în care ar zbura toți împreună, programul OFFensive Swarm-Enabled Tactics (OFFSET) al DARPA studiază modelele roiului de păsări și insecte.

Restaurarea infrastructurii extinse a armatei americane este, în anumite privințe, o problemă de eficiență: cum să facem mai mult cu structurile pe care le avem deja. Și s-ar putea să nu existe un profesor mai bun despre eficiență decât lumea naturală. Impingerea sistemelor să acționeze eficient – ​​adică evoluția – este ceea ce natura a făcut de miliarde de ani.

Desigur, betonul nu este o substanță naturală. Dar DARPA consideră în mod clar că ceea ce natura este capabilă să facă cu corpurile vii, noi s-ar putea să putem face cu clădirile.

Leave a Comment

Your email address will not be published.