ساخت پناهگاه در مریخ با «سیمان زنده» و چاپ سه‌بعدی
مخمر مهندسیشده و خاک مریخ می‌توانند روزی با استفاده از چاپ سه‌بعدی به پناهگاه‌هایی مقاوم و کم‌مصرف برای انسان‌های آینده در مریخ تبدیل شوند.
به گزارش شهرآرانیوز؛ دانشمندان چینی نوع جدیدی از «سیمان زنده» را توسعه داده‌اند که از نظر تئوری می‌تواند در آینده برای ساخت پناهگاه‌ها و سازه‌های مقاوم در مریخ مورد استفاده قرار گیرد. این ماده از ترکیب خاک یا رگولیت، ژلاتین و مخمر مهندسیشده ساخته می‌شود و امکان تولید آن با چاپگر‌های سه‌بعدی در محل وجود دارد.
محققان گونه‌ای از مخمر به نام «Saccharomyces cerevisiae» را مهندسی کرده‌اند تا پروتئین‌های بسیار چسبنده تولید کند. یکی از این پروتئین‌ها مشابه پروتئین‌های تولیدشده توسط صدف‌هاست و می‌تواند به سطوحی مانند سنگ بچسبد. پژوهشگران از این ویژگی برای اتصال ذرات خاک و ایجاد نوعی سیمان بیولوژیکی استفاده کرده‌اند.
ساخت سازه‌های مریخی با مخمر مهندسیشده
این ترکیب در ابتدا بافتی چسبناک دارد و می‌تواند از طریق نازل چاپگر سه‌بعدی به شکل سازه‌های مختلف درآید. ژلاتین نیز یک هیدروژل در اطراف مواد تشکیل می‌دهد و خاک یا رگولیت، بخش اصلی ساختار را فراهم می‌کند.
محققان پیشنهاد کرده‌اند به‌جای مقابله با شرایط سخت مریخ، از همین شرایط برای عمل‌آوری ماده استفاده شود. مریخ جوی بسیار رقیق دارد و میانگین دمای آن حدود منفی ۵۳ درجه سانتیگراد است. در چنین شرایطی آب یخ می‌زند و سپس تصعید می‌شود و در نهایت شبکه‌ای سبک و متخلخل باقی می‌ماند که ژلاتین، پروتئین‌های چسبنده و ذرات معدنی را به هم متصل می‌کند.
نتایج آزمایش‌ها نشان داده این ماده مقاومت فشاری ۱۲ مگاپاسکال و مقاومت خمشی ۶ مگاپاسکال دارد؛ رقمی که تقریباً با بتن‌های سبک و کم‌مقاومت رایج روی زمین قابل مقایسه است.
یکی از مهم‌ترین مزایای این روش، کاهش نیاز به انتقال مصالح ساختمانی از زمین به مریخ است. در صورت عملی‌شدن این ایده، می‌توان مواد اولیه زیستی، تجهیزات پردازش و یک ربات مجهز به چاپگر سه‌بعدی را به مریخ فرستاد و سازه‌ها را در محل ساخت. این ماده همچنین قابلیت بازیافت دارد و اجزای آن می‌توانند دوباره مورد استفاده قرار گیرند.
چالش‌های استفاده از سیمان زنده در مریخ
با وجود نتایج امیدوارکننده، این فناوری هنوز در مرحله آزمایشگاهی قرار دارد. در آزمایش‌ها از شن معمولی به‌عنوان جایگزین رگولیت مریخ استفاده شده و مشخص نیست ترکیب ژلاتین و مخمر در برابر ویژگی‌های واقعی خاک مریخ، از جمله وجود پرکلرات‌ها، چه عملکردی خواهد داشت.
چالش دیگر، ژلاتین مورد استفاده است که از نوع پورسین بوده و باید از زمین به مریخ منتقل شود. پژوهشگران نمونه‌ای بدون ژلاتین را نیز آزمایش کرده‌اند، اما عملکرد آن ضعیف‌تر بوده است.
از سوی دیگر، ساخت سازه‌های تحت‌فشار برای محافظت از انسان‌ها در برابر محیط خشن مریخ، یکی از مهم‌ترین چالش‌های این فناوری است. محققان پیشنهاد کرده‌اند از یک غشای نگهدارنده فشار استفاده شود که با پوسته‌ای محافظ و لایه‌ای عایق از همین «بتن زنده» احاطه شده باشد.
در مجموع، این پژوهش نشان می‌دهد زیست‌شناسی مهندسیشده می‌تواند در آینده به تبدیل مواد موجود در مریخ به مصالح ساختمانی کمک کند؛ روشی که در آن حتی سرمای شدید و فشار پایین این سیاره نیز می‌تواند بخشی از فرآیند تولید باشد. مخمر مهندسیشده و خاک مریخ می‌توانند روزی با چاپ سه‌بعدی به پناهگاه‌های قوی و کم‌انرژی برای شهروندان مریخی آینده تبدیل شوند.
دانشمندان چینی نوع جدیدی از «سیمان زنده» را توسعه داده‌اند که از نظر تئوری می‌تواند برای ساخت سازه‌هایی در سیارات دورافتاده‌ای مانند مریخ استفاده شود.
طبق گزارش‌ها، این سیمان تنها با استفاده از چند ماده، از جمله خاک و رگولیت، ژلاتین و مخمر مهندسی ژنتیکی شده کار می‌کند.
این تکنیک در صورت امکان تولید انبوه می‌تواند برای ساخت پناهگاه‌ها و سایر سازه‌ها برای مأموریت‌های بلندمدت انسانی در آینده به این سیاره استفاده شود. علاوه بر این، این فرآیند نسبتاً ارزان است و می‌تواند با چاپگر‌های سه‌بعدی در محل ترکیب شود.
محققان موفق به مهندسی گونه خاصی از مخمر به نام «Saccharomyces cerevisiae» شدند که پروتئین‌های بسیار چسبنده تولید می‌کند. یکی از این پروتئین‌ها مشابه پروتئین‌هایی است که توسط صدف‌ها تولید می‌شود و آنها را قادر می‌کند به سطوحی مانند سنگ‌ها بچسبند.
ایده این است که این پروتئین‌ها می‌توانند به عنوان نوعی سیمان برای اتصال خاک یا رگولیت استفاده شوند و در واقع نوعی سیمان بیولوژیکی ایجاد کنند؛ بنابراین سلول‌های مخمر کمی شبیه میلیون‌ها ذره چسبنده میکروسکوپی درون چسب رفتار می‌کنند.
ساخت سازه‌های مریخی با استفاده از مخمر
جزء ژلاتینی یک هیدروژل را در اطراف همه چیز تشکیل می‌دهد، در حالی که خاک/رگولیت بخش عمده‌ای از مواد را فراهم می‌کند. این خمیر که در ابتدا بافتی چسبناک دارد، می‌تواند از طریق نازل‌های چاپگر سه‌بعدی چاپ شود تا ساختار‌های پیچیده‌ای را تشکیل دهد.
محققان در مورد عمل‌آوری این مخلوط معتقدند که بهتر است به جای مبارزه با شرایط مریخ با آنها کار کنیم. مریخ جو بسیار نازکی دارد (حدود ۰.۶ درصد جو زمین) و به طور متوسط بسیار سردتر از زمین است (حدود –منفی ۵۳ درجه سانتیگراد). در این شرایط، آب مایع یخ می‌زند و تصعید می‌شود، به این معنی که هرگز برای مدت طولانی به صورت مایع باقی نمی‌ماند. این اساساً خشک کردن انجمادی است. آنچه باقی می‌ماند، شبکه‌ای سبک و متخلخل است که در آن ژلاتین، پروتئین‌های چسبنده مشتق‌شده از مخمر و ذرات معدنی به یکدیگر پیوند خورده‌اند.
می‌توان آن را به ترکیبی از اسفنجِ خشک‌شده به روش انجمادی (فریز-درای) و بتن تشبیه کرد. به‌علاوه، این ماده جدید در واقع بسیار مستحکم است و مقاومت فشاری ۱۲ مگاپاسکال و مقاومت خمشی ۶ مگاپاسکال دارد.
این میزان تقریباً با بتن‌های سبک و کم‌مقاومتِ رایج در زمین برابری می‌کند. این دستاورد واقعاً نویدبخش است؛ چرا که اگر بتواند نیاز به حمل‌ونقل هزاران تن مصالح ساختمانی را برطرف کند، بی‌شک مزایای فوق‌العاده‌ای به همراه خواهد داشت.
در عوض، از نظر تئوری تنها کافی است مواد اولیه زیستی، مقداری تجهیزات پردازش و یک ربات چاپگر بزرگ به محل ارسال شود. جالب آنکه این ماده قابل بازیافت نیز است؛ بدین معنا که اجزای تشکیل‌دهنده آن را می‌توان تجزیه و دوباره استفاده کرد.
همه اینها عالی است، اما پیش از آنکه بتوان این طرح را برای کاربرد‌های عملی خارج از آزمایشگاه به‌طور جدی مد نظر قرار داد، باید برخی جنبه‌های مهم آن اصلاح و تکمیل شود.
چالش‌های پیش روی این فناوری
نخستین مسئله این است که در آزمایش‌های انجام‌شده، از شن معمولی به‌عنوان جایگزینی برای «رگولیت» (خاک و سنگ‌ریزه سطح) مریخ استفاده شده است. رگولیت واقعی مریخ ویژگی‌های ذرات متفاوتی دارد و حاوی ترکیباتی نظیر پرکلرات‌هاست. البته هنوز آزمایش نشده است که واکنش ترکیب ژلاتین و مخمر در برابر این مواد چگونه خواهد بود.
مسئله دیگر این است که ژلاتین مورد استفاده از نوع پورسین است؛ یعنی باید آن را به محل ساخت‌وساز برد. البته تیم پژوهشی فرمولاسیونی بدون ژلاتین را نیز آزمایش کرد، اما عملکرد آن ضعیف‌تر بود و محققان معتقدند که به چسب‌های زیستیِ کامل و قوی‌تری نیاز است.
چالش عمده دیگر، امکان‌پذیر کردنِ ساختِ سازه‌های تحت‌فشار با استفاده از این ماده است تا بتوان از انسان‌ها در برابر محیط خشن مریخ محافظت کرد. این تیم پیشنهاد می‌کند که از یک غشای نگهدارنده فشارِ آماده استفاده شود که توسط پوسته‌ای محافظ و لایه‌ای عایق (ساخته‌شده از همین بتن زنده جدید) احاطه شده باشد.
در مجموع، این طرح یک اثبات مفهوم امیدوارکننده است که نشان می‌دهد چگونه می‌توان با بهره‌گیری از زیست‌شناسی مهندسیشده، رگولیت مریخ را به مصالح ساختمانی قابل‌چاپ تبدیل کرد؛ آن هم در حالی که شرایط محیطی مریخ، یعنی سرما و خلأ نسبی نه به‌عنوان مانع، بلکه به عنوان بخشی از فرآیند تولید مورد استفاده قرار می‌گیرند.
منبع: ایسنا
ارسال نظرات
دیدگاه های ارسال شده توسط شما، پس از تائید توسط شهرآرانیوز در سایت منتشر خواهد شد.
نظراتی که حاوی توهین و افترا باشد منتشر نخواهد شد.
