@ 2018.08.28 , 09:00

不如,建一座活的巴别塔?

有没有想过,如果古埃及人有现代材料技术,他们会造出多巨型的金字塔?

目前地表最高建筑是迪拜的哈利法塔,828米,耗资约15亿美元。——对一个富裕国家来说,这并不算多少钱,只是即使投入再多也不意味着能有更瞩目的成果。用湿沙可以堆出城堡,用木头可以搭出棚屋,用合金和混凝土可以在八百米以上小心翼翼地争夺世界纪录,但直达同步轨道的长楼则是另一回事,这类建筑光靠材料更新换代也许永远无法在地球建成。

不如,建一座活的巴别塔?

现代设计师会为建筑预留很大的应力上限,让出现破坏的可能性降得极低,可这做法在超级建筑上行不通。因为在数学上,它们有着遥远的跨度和庞大体积,所具备的自重会让材料轻易迫近自身极限,承受不住一点风吹草动。不过这类超级建筑难题,说不定在生物身体构造上能提炼出解决之道。

我们的骨骼和肌腱,也没有具备现代建筑必然留出的宽阔余裕,实际上它们还经常受压、拉伸到接近破裂的程度。例如,运动员举起上百公斤重物时,他们的腰椎离压力临界往往也只差10%;我们的跟腱有个极限抗拉强度,就算只是普通奔跑,也会超过75%。

然而大部分人还是会肢体健全地活过一生,原因就在于人体一直在补换材料、自动修复。我们肌腱的胶原纤维破损后,可以独立复原而不干扰其余,过程既高效又节省,还能根据不同负载作调整。说起来,我们身上所有零件其实都在持续更替,据统计组成人体的原子每年都有98%会被换出。

受这点启发,我们最近就在尝试把生体机制应用到超级建筑上,演算用当前材料能不能造出有实用意义的模型。一款比较受欢迎的方案是“缆”/a tether,总长91000km,立足点在赤道,在太空端配重保持平衡。缆体构造类似肌腱,主要由一束束芳纶结成——芳纶kevlar,液晶高分子纤维,防弹、防刀衣材料里常见。原文没有例图,好奇为啥这么长

靠着传感和智能软件,理论上可以准确预测缆上何处即将断裂,工作量和用料也能提前知晓。这些信息由来回巡逻的机械们响应,自动开始补强或修复,基本上就是在模仿我们体内正在发生的事。这样的建筑有时整个结构都会承受非常高的压力,以至每个部分的材料都会像骨头、肌腱一样被挤压或拉伸到接近破裂,但它依然能保持安全可靠,而且维护成本不会特别吓人。

仿生系统并非只能在超级项目上应用,桥梁大厦也有它用武之地。只要能实现自动修理、替换部件的机制,我们就能绕开当代物料强度带来的限制,还同时提高建筑的可靠性。

随着技术进步,超级建筑跟其它新异技术一样,将不再是科幻小说的插图。虽然从经典可靠性工程的角度看,路还相当漫长。我们需要更宽广的思路,除了继续钻研新物料,还应当兼顾建筑“康复”能力的探索。而在构筑、维修肉体这些事上,自然界有38亿年的经验,正沉默地等着我们提出正确的问题。

有删改。原文两个署名作者是霍普金斯大学工程学院教授和PhD学生,内容是他们院在琢磨的点子。小编完全不懂建筑工程,所以可能有些地方会译得似是而非——因为压根不知道自己不知道什么。

轨道电梯如果要建在赤道,那是不是只能在非洲和拉美选位置?看起来想建起现代巴别塔,还是要靠世界各地的人站在一起才行。不打仗的话,或许在有生之年真能亲眼目睹。还是努力长命点。

原文:《What would it take to build a tower as high as outer space? 》,24 August, 2018
本文译自 aeon,由译者 梁兵 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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