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不如,建一座活的巴別塔?

有沒有想過,如果古埃及人有現代材料技術,他們會造出多巨型的金字塔?


目前地表最高建築是迪拜的哈利法塔,828米,耗資約15億美元。——對一個富裕國家來說,這並不算多少錢,只是即使投入再多也不意味著能有更矚目的成果。用濕沙可以堆出城堡,用木頭可以搭出棚屋,用合金和混凝土可以在八百米以上小心翼翼地爭奪世界紀錄,但直達同步軌道的長樓則是另一回事,這類建築光靠材料更新換代也許永遠無法在地球建成。


不如,建一座活的巴別塔?

現代設計師會為建築預留很大的應力上限,讓出現破壞的可能性降得極低,可這做法在超級建築上行不通。因為在數學上,它們有著遙遠的跨度和龐大體積,所具備的自重會讓材料輕易迫近自身極限,承受不住一點風吹草動。不過這類超級建築難題,說不定在生物身體構造上能提煉出解決之道。


我們的骨骼和肌腱,也沒有具備現代建築必然留出的寬闊餘裕,實際上它們還經常受壓、拉伸到接近破裂的程度。例如,運動員舉起上百公斤重物時,他們的腰椎離壓力臨界往往也只差10%;我們的跟腱有個極限抗拉強度,就算只是普通奔跑,也會超過75%。


然而大部分人還是會肢體健全地活過一生,原因就在於人體一直在補換材料、自動修復。我們肌腱的膠原纖維破損後,可以獨立復原而不干擾其餘,過程既高效又節省,還能根據不同負載作調整。說起來,我們身上所有零件其實都在持續更替,據統計組成人體的原子每年都有98%會被換出。


受這點啟發,我們最近就在嘗試把生體機制應用到超級建築上,演算用當前材料能不能造出有實用意義的模型。一款比較受歡迎的方案是「纜」/a tether,總長91000km,立足點在赤道,在太空端配重保持平衡。纜體構造類似肌腱,主要由一束束芳綸結成——芳綸kevlar,液晶高分子纖維,防彈、防刀衣材料里常見。原文沒有例圖,好奇為啥這麼長

靠著感測和智能軟體,理論上可以準確預測纜上何處即將斷裂,工作量和用料也能提前知曉。這些信息由來回巡邏的機械們響應,自動開始補強或修復,基本上就是在模仿我們體內正在發生的事。這樣的建築有時整個結構都會承受非常高的壓力,以至每個部分的材料都會像骨頭、肌腱一樣被擠壓或拉伸到接近破裂,但它依然能保持安全可靠,而且維護成本不會特別嚇人。


仿生系統並非只能在超級項目上應用,橋樑大廈也有它用武之地。只要能實現自動修理、替換部件的機制,我們就能繞開當代物料強度帶來的限制,還同時提高建築的可靠性。


隨著技術進步,超級建築跟其它新異技術一樣,將不再是科幻小說的插圖。雖然從經典可靠性工程的角度看,路還相當漫長。我們需要更寬廣的思路,除了繼續鑽研新物料,還應當兼顧建築「康復」能力的探索。而在構築、維修肉體這些事上,自然界有38億年的經驗,正沉默地等著我們提出正確的問題。


有刪改。原文兩個署名作者是霍普金斯大學工程學院教授和PhD學生,內容是他們院在琢磨的點子。小編完全不懂建築工程,所以可能有些地方會譯得似是而非——因為壓根不知道自己不知道什麼。


軌道電梯如果要建在赤道,那是不是只能在非洲和拉美選位置?看起來想建起現代巴別塔,還是要靠世界各地的人站在一起才行。不打仗的話,或許在有生之年真能親眼目睹。還是努力長命點。

原文:《What would it take to build a tower as high as outer space? 》,24 August, 2018
本文譯自 aeon,由譯者 梁兵 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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