Mattoni di funghi per la Luna e Marte

costruire edifici nello spazio: uncg — la biologia incontra l'ingegneria

La partnership unisce il laboratorio di ecologia fungina di Nicholas Oberlies presso la UNC Greensboro con Luna Labs, un'azienda di sviluppo prodotti con sede in Virginia che eseguirà test strutturali e analisi dei materiali. Il team di Oberlies apporta l'esperienza nella coltura e caratterizzazione dei funghi — incluse specie come i funghi ostrica (Pleurotus ostreatus) e alcuni funghi a mensola noti per la loro rigidità — mentre Luna Labs si occupa di test meccanici, misurazioni della compressione e del tipo di dati basati su standard necessari agli ingegneri per valutare un nuovo materiale da costruzione.

Secondo l'annuncio dell'università, il piano è di coltivare le ife fungine in modo che si infiltrino e leghino particelle sciolte di regolite mescolate con un flusso di nutrienti derivato da rifiuti umani simulati. Se la rete ifale collegherà efficacemente il materiale granulare, i ricercatori sterilizzeranno e comprimeranno il composito in un blocco consolidato. Luna Labs quantificherà quindi quanto carico possono sopportare questi blocchi, come si comportano sotto compressione e se possono essere resi sufficientemente durevoli per habitat o altre infrastrutture.

L'impostazione è quella tipica dell'utilizzo delle risorse in situ: invece di trasportare mattoni e cemento dalla Terra, il sistema farebbe crescere e modellerebbe i materiali dove sono necessari, utilizzando solo piccoli carichi iniziali di spore o inoculo, oltre a energia, acqua e un ciclo di nutrienti. Questo rende il concetto attraente per i pianificatori di missioni che cercano di ridurre al minimo la massa di lancio e le catene di approvvigionamento a lungo termine per le basi sulla Luna e su Marte.

costruire edifici nello spazio: uncg — test, materiali e parametri

Al suo centro, l'esperimento di UNCG–Luna Labs testa tre idee collegate: quali specie fungine tollerano una chimica simile alla regolite, se una rete miceliale può legare particelle inorganiche in un composito coerente e quale trattamento post-crescita sia necessario per rendere il materiale sicuro e strutturalmente utile. Il team condurrà prove di crescita controllata utilizzando regolite simulata (analoghi di roccia e polvere che imitano la superficie della Luna o di Marte) miscelata con una materia prima destinata a somigliare a rifiuti umani riciclati, fornendo al fungo una fonte di carbonio e nutrienti.

Una volta che la crescita avrà creato una densa matrice miceliale, il composito sarà trattato termicamente o altrimenti sterilizzato e consolidato meccanicamente in una forma simile a un mattone. Luna Labs misurerà la resistenza alla compressione, la rigidità e le modalità di cedimento; testeranno anche la variabilità tra i lotti e gli effetti di diverse ricette di crescita. Questi dati determineranno se il materiale è adatto per usi non portanti, come l'isolamento o le pareti interne, o se potrebbe essere progettato per ruoli strutturali.

I collaboratori sono espliciti sul fatto che si tratti di una ricerca in fase iniziale: il team mira a identificare specie promettenti e finestre di processo, non a fornire blocchi da costruzione completamente certificati. Tuttavia, l'enfasi sulle proprietà misurabili dei materiali e sui test ripetibili segna un passo avanti rispetto al lavoro puramente concettuale — è un tentativo di portare i compositi di micelio nel linguaggio ingegneristico che i progettisti di missioni possono utilizzare.

Meccanica del micelio e vantaggi pratici

I materiali a base di micelio si basano su reti di ife fungine — filamenti microscopici simili a fili — che si intrecciano e trasudano polimeri per legare insieme le particelle del substrato. Nelle dimostrazioni terrestri, i compositi di micelio realizzati con scarti agricoli sono leggeri, termicamente isolanti e resistenti al fuoco, e possono essere coltivati in forme specifiche con un apporto energetico relativamente basso rispetto alla sinterizzazione ad alta temperatura o alla stagionatura del calcestruzzo convenzionale.

Per le applicazioni spaziali i vantaggi sono chiari: i funghi possono convertire i flussi di rifiuti in materiale, riducendo la logistica e chiudendo i cicli nei sistemi di supporto vitale; la crescita può avvenire a basse temperature rispetto alla sinterizzazione; e la struttura cellulare dei compositi di micelio può fornire proprietà isolanti intrinseche per il controllo termico. In aggiunta, poiché i sistemi viventi possono talvolta autoriparare piccole crepe, i materiali bio-basati offrono percorsi di manutenzione che i materiali puramente inerti non offrono.

Il progetto UNCG enfatizza queste possibilità pur rimanendo cauto. Gli usi più probabili a breve termine sono non portanti: isolamento dell'habitat, pannelli interni per la schermatura delle radiazioni o coperture protettive per habitat interrati. Se le proprietà di compressione e trazione potranno essere migliorate mediante additivi o post-elaborazione, potrebbero diventare plausibili ruoli strutturali più ampi, ma questa rimane una questione aperta che i test attuali indagheranno.

Sfide e domande aperte

Trasformare una promettente dimostrazione di laboratorio in un materiale da costruzione pronto per una missione deve affrontare molti ostacoli. La Luna e Marte espongono organismi e materiali a un quasi vuoto o a sottili atmosfere di CO2, sbalzi termici estremi e radiazioni ionizzanti — condizioni molto diverse da un banco di laboratorio umido. La coltivazione del micelio richiederà acqua, un'atmosfera controllata e temperature compatibili con il metabolismo fungino, tutti elementi che comportano costi energetici e ingegneristici.

La protezione planetaria è un altro vincolo: qualsiasi approccio biologico deve evitare di contaminare gli ambienti planetari con la vita terrestre. Ciò significa strategie di sterilizzazione o contenimento chiare, che il team UNCG intende testare sterilizzando i compositi coltivati prima della messa in opera. Ci sono anche domande aperte sulla durata sotto l'impatto di micrometeoriti, sullo scorrimento meccanico a lungo termine in bassa gravità e su come la chimica della regolite (perclorati reattivi su Marte, ad esempio) influenzi la crescita e la stabilità del materiale.

Infine, i rifiuti umani simulati sono una materia prima utile per i test sulla Terra, ma i sistemi di missione reali richiederanno cicli robusti di riciclaggio dei nutrienti e un rigoroso controllo microbico. Il passaggio da piccoli mattoni a strutture di diversi metri solleva ulteriori problemi ingegneristici — intelaiatura, giunzione, sigillatura e integrazione con camere di equilibrio e sistemi di alimentazione — che dovranno essere affrontati nelle fasi successive di sviluppo.

Un percorso verso habitat abitabili

Il lavoro di UNCG–Luna Labs è un tassello di un programma di ricerca più ampio che esplora la biologia come tecnologia di costruzione per lo spazio. Se i test mostreranno prestazioni meccaniche costanti e se le soluzioni ingegneristiche potranno fornire camere di crescita, riciclaggio dell'acqua e sterilizzazione con budget di massa ed energia accettabili, i compositi fungini potrebbero unirsi a una cassetta degli attrezzi che include già la sinterizzazione della regolite, la stampa 3D con leganti simili al cemento e moduli gonfiabili.

I traguardi a breve termine sono pratici e modesti: identificare ceppi fungini resistenti, quantificare la resistenza alla compressione e la variabilità e dimostrare un flusso di lavoro di sterilizzazione e consolidamento. Il successo in queste fasi giustificherebbe dimostrazioni su piccola scala in orbita o sulla Luna, dove la crescita controllata e la post-elaborazione possono essere testate in ambienti pertinenti. A lungo termine, una catena di biofabbricazione collaudata potrebbe ridurre la dipendenza dai materiali forniti dalla Terra e aprire nuovi paradigmi di progettazione per rifugi che crescono dal terreno locale e dai rifiuti riciclati.

Per ora, il valore del progetto è tanto concettuale quanto tecnico: costringe ingegneri e biologi a condividere unità di misura, cronoprogrammi e modalità di cedimento. Questa traduzione — convertire le descrizioni dei processi biologici in curve di compressione e fattori di progettazione — è ciò che determinerà se i funghi rimarranno un'idea intrigante o diventeranno uno strumento pratico per i futuri esploratori.

Fonti

• UNC Greensboro (UNCG) — annuncio del progetto e sintesi della ricerca
• Luna Labs — partnership per il test dei materiali e l'ingegneria
• NASA — finanziamento per la ricerca sull'utilizzo delle risorse in situ