随着世界的努力 气候变化我们迫切需要找到减少二氧化碳排放的方法。严重依赖化石燃料的行业，例如能源和工业，都面临着巨大的压力。 航空人们普遍认为，它们是最严重的罪魁祸首。但大多数人没有意识到的是，还有另一个罪魁祸首，它就隐藏在我们眼皮底下；在我们城市的街道上，在我们生活和工作的建筑物里。

仅在2007中， 钢筋混凝土 它们各自造成的二氧化碳排放量是否超过了整个全球航空业？钢材和水泥在运抵施工现场之前，都必须经过高温加工——这需要消耗大量能源。既然这些“污染性”材料在建筑业中扮演着如此重要的角色，我们该如何减少对它们的依赖呢？

一种方法是使用天然材料，例如木材。人类使用木材建造房屋已有数千年历史。 几千年来而木结构建筑是 目前正经历小幅复苏 部分原因是它是一种廉价且可持续的材料。

但是有一些 木结构建筑的缺点这种材料在潮湿环境下容易变形，而且容易受到白蚁等害虫的侵袭。虽然从环保角度来看，木材等天然材料很有吸引力，但对于希望制造特定形状或尺寸部件的工程师来说，它们可能无法满足需求。

复制生活

那么，如果我们不直接使用现有的天然材料，而是制造受自然启发的新材料，会怎么样呢？这个想法在20世纪70年代开始在研究界引起关注，并在20世纪90年代随着……的发展而真正爆发。 纳米技术和纳米制造方法如今，它构成了一个新的科学研究领域的基础：即“仿生学”——字面意思是“复制生命”。

生物细胞通常被称为“生命的基石因为它们是构成生命物质的最小单位。但是，要形成像你我这样的多细胞生物，细胞必须聚集在一起，并借助支撑结构形成构成我们身体的生物材料，例如骨骼、软骨和肌肉等组织。正是这些材料，为对仿生学感兴趣的科学家们提供了灵感。

为了制造仿生材料，我们需要深入了解天然材料的运作原理。我们知道，天然材料也是“复合材料”：它们由多种不同的基础材料构成，每种材料都具有不同的特性。复合材料通常比单一组分材料（例如金属）更轻，同时仍然具备刚度、强度和韧性等理想特性。

仿生材料的制备

材料工程师花费数十年时间测量骨骼和蛋壳等天然材料的成分、结构和性能，因此我们现在对它们的特性有了很好的了解。

例如，我们知道骨骼由水合蛋白质和矿物质组成，二者比例几乎相等。矿物质赋予骨骼刚度和硬度，而蛋白质赋予骨骼韧性和抗断裂性。虽然骨骼也会骨折，但这种情况相对罕见，而且骨骼还具有以下优点： 自愈 ——这是工程师们试图引入仿生材料的另一个特性。

蛋壳和骨头一样，都是复合材料，但它约95%是矿物质，只有5%是水合蛋白质。然而，即使蛋白质含量如此之低，也足以使蛋壳非常坚韧，考虑到它的厚度——大多数早餐厨师都会注意到这一点。接下来的挑战是如何将这些知识转化为实际成果。

模仿天然材料有两种方法：一是模仿材料本身的成分，二是复制材料的制造过程。由于天然材料是由生物体制造的，因此这两种方法都不涉及高温。正因如此，仿生材料——我们不妨称之为“人造骨”和“人造蛋壳”——的生产能耗远低于钢铁或混凝土。

在实验室里，我们已经成功地制造出了 厘米级样品 我们通过制备含有构成骨矿物质成分的不同蛋白质溶液来实现这一目标。然后，在体温下，以仿生方式从这些溶液中沉积出复合新骨材料。没有理由认为这一过程——或其改进、更快速的版本——不能放大到工业规模。

当然，钢铁和混凝土无处不在，因此我们设计和建造建筑的方式也都是针对这些材料进行优化的。要想大规模使用仿生材料，我们需要彻底重新思考建筑规范和建筑材料标准。但是，如果我们想以可持续的方式建设未来的城市，或许这种重大变革正是我们所需要的。这项科学仍处于起步阶段，但这并不意味着我们不能对未来充满憧憬。