Αυτή η εξέλιξη έχει σημαντικές επιπτώσεις για τον κατασκευαστικό τομέα και την αγορά ακινήτων. Η δυνατότητα δημιουργίας υλικών που είναι ταυτόχρονα εξαιρετικά ανθεκτικά και ελαφριά μπορεί να οδηγήσει σε κτίρια με μεγαλύτερη αντοχή σε φυσικές καταστροφές, μειωμένο βάρος κατασκευής και βελτιωμένη ενεργειακή απόδοση. Επιπλέον, η χρήση της 3D εκτύπωσης επιτρέπει την κατασκευή πολύπλοκων δομών με ακρίβεια, μειώνοντας τα απόβλητα υλικών και το κόστος παραγωγής.
Τα νανο-αρχιτεκτονικά υλικά αποτελούνται από μικροσκοπικές, επαναλαμβανόμενες μονάδες με διαστάσεις μόλις μερικών εκατοντάδων νανομέτρων. Για να φτάσουμε στο πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας, θα πρέπει να ευθυγραμμίσουμε περισσότερες από 100 τέτοιες μονάδες. Αυτές οι μονάδες, κυρίως από άνθρακα, σχηματίζουν πολύπλοκες τρισδιάστατες δομές, γνωστές ως νανοπλέγματα.
Σύμφωνα με τον ερευνητή Peter Serles, «τα νανο-αρχιτεκτονικά υλικά συνδυάζουν υψηλής απόδοσης σχήματα, όπως η κατασκευή μιας γέφυρας από τρίγωνα, σε νανοκλίμακα, εκμεταλλευόμενα το φαινόμενο 'όσο μικρότερο, τόσο ισχυρότερο', για να επιτύχουν μερικούς από τους υψηλότερους λόγους αντοχής-προς-βάρος και ακαμψίας-προς-βάρος από οποιοδήποτε υλικό».
Η ομάδα συνεργάστηκε με το Korea Advanced Institute of Science & Technology (KAIST) στη Νότια Κορέα για την ανάπτυξη αυτών των υλικών. Χρησιμοποίησαν έναν αλγόριθμο μηχανικής μάθησης για να προβλέψουν τα βέλτιστα σχήματα που θα βελτιώσουν την αντοχή και την ελαφρότητα των υλικών. Στη συνέχεια, ο Serles χρησιμοποίησε έναν 3D εκτυπωτή πολυμερισμού δύο φωτονίων για να δημιουργήσει πρωτότυπα σε μικρο- και νανοκλίμακα. Τα βελτιωμένα νανοπλέγματα διπλασίασαν την αντοχή των προηγούμενων μοντέλων, αντέχοντας σε πίεση 2,03 μεγαπασκάλ ανά κυβικό μέτρο ανά κιλό, περίπου πέντε φορές περισσότερο από το τιτάνιο.
Η ενσωμάτωση αυτών των υλικών στις κατασκευές μπορεί επίσης να οδηγήσει σε νέες αρχιτεκτονικές μορφές και σχέδια, επιτρέποντας την υλοποίηση καινοτόμων ιδεών που προηγουμένως ήταν αδύνατες λόγω περιορισμών των παραδοσιακών υλικών. Για παράδειγμα, οι ελαφριές και ανθεκτικές δομές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία μεγάλων ανοιχτών χώρων χωρίς την ανάγκη για βαριά υποστηρίγματα, επιτρέποντας πιο ευέλικτους και ανοιχτούς χώρους.
Επιπλέον, η χρήση νανο-αρχιτεκτονικών υλικών μπορεί να συμβάλει στη βιωσιμότητα των κατασκευών. Η ελαφρότητα των υλικών μειώνει την κατανάλωση ενέργειας κατά τη μεταφορά και την εγκατάσταση, ενώ η αντοχή τους εξασφαλίζει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής των κατασκευών, μειώνοντας την ανάγκη για συντήρηση και αντικατάσταση. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος των κτιρίων.
Παρά τις υποσχόμενες αυτές εξελίξεις, υπάρχουν προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν πριν από την ευρεία υιοθέτηση των νανο-αρχιτεκτονικών υλικών στον κατασκευαστικό τομέα. Η παραγωγή σε μεγάλη κλίμακα, η αξιοπιστία και η ανθεκτικότητα σε πραγματικές συνθήκες, καθώς και το κόστος παραγωγής, είναι ζητήματα που απαιτούν περαιτέρω έρευνα και ανάπτυξη.
Συνολικά, η ανάπτυξη των νανο-αρχιτεκτονικών υλικών αντιπροσωπεύει μια σημαντική πρόοδο στην τεχνολογία των κατασκευών. Καθώς η έρευνα συνεχίζεται και οι τεχνολογίες βελτιώνονται, είναι πιθανό να δούμε αυτά τα υλικά να ενσωματώνονται όλο και περισσότερο σε σύγχρονες κατασκευές, αλλάζοντας ριζικά τον τρόπο με τον οποίο σχεδιάζουμε και χτίζουμε το δομημένο περιβάλλον.
