宇宙で建物を育てる：UNCG — 生物学と工学の融合
このパートナーシップは、UNC GreensboroのNicholas Oberlies率いる菌類生態学研究室と、バージニア州を拠点とする製品開発企業で構造試験や材料分析を行うLuna Labsを結びつけるものである。Oberliesのチームは、ヒラタケ（Pleurotus ostreatus）や剛性で知られる特定のサルノコシカケ類のキノコを含む菌類の培養と特性評価の経験を提供し、Luna Labsは機械試験、圧縮測定、そしてエンジニアが新しい建設材料を評価するために必要とする規格主導のデータを提供する。
大学の発表によると、この計画は菌糸（hyphae）を培養し、模擬人間排泄物に由来する栄養素と混合されたレゴリスの緩い粒子の中に浸透させ、それらを結合させるというものである。菌糸ネットワークが粒状材料を効果的に連結できれば、研究チームはその複合材料を殺菌し、圧縮して強固なブロックにする。その後、Luna Labsがこれらのブロックがどの程度の荷重に耐えられるか、圧縮下でどのような挙動を示すか、そして居住施設やその他のインフラとして十分な耐久性を持たせることができるかを定量化する。
この枠組みは、典型的な「その場資源利用（ISRU）」である。地球からレンガやセメントを運ぶのではなく、胞子や接種源の小さな初期ペイロードに電力、水、栄養ループを加えるだけで、必要な場所で材料を成長させ、成形するシステムだ。このコンセプトは、月や火星の基地において打ち上げ質量や長期的なサプライチェーンを最小限に抑えようとするミッションプランナーにとって魅力的なものとなっている。
宇宙で建物を育てる：UNCG — 試験、材料、指標
UNCGとLuna Labsによる実験の核心は、関連する3つのアイデアを検証することにある。すなわち、どの菌種がレゴリスに似た化学的性質に耐えられるか、菌糸体ネットワークが無機粒子を結合して一貫性のある複合材料にできるか、そして材料を安全で構造的に有用なものにするためにどのような成長後の処理が必要か、という点だ。チームは、月や火星の表面を模した模擬レゴリス（岩石や塵のアナログ）に、リサイクルされた人間排泄物を想定した原料を混ぜ、菌類に炭素源と栄養源を与えて対照成長試験を行う。
成長によって高密度の菌糸体マトリックスが形成されると、複合材料は熱処理などの方法で殺菌され、機械的に統合されてレンガ状の形態になる。Luna Labsは圧縮強度、剛性、破壊モードを測定するほか、バッチ間のばらつきや異なる成長レシピの影響もテストする。これらのデータにより、その材料が断熱材や内部隔壁などの非耐荷重用途に適しているのか、あるいは構造的な役割を担えるように設計できるのかが判断される。
共同研究者らは、これが初期段階の研究であることを明示している。チームの目的は、有望な種とプロセス条件の範囲を特定することであり、完全に認定されたビルディングブロックを提供することではない。それでも、測定可能な材料特性と再現可能なテストを重視していることは、純粋な概念実証を超えた一歩であり、菌糸体複合材料をミッション設計者が利用できる工学言語へと移行させる試みである。
菌糸体の力学と実用上の利点
菌糸体ベースの材料は、微細な糸状のフィラメントである菌糸のネットワークに依存している。これらが絡み合い、ポリマーを分泌して基質の粒子を結合させる。地上での実証実験では、農業廃棄物から作られた菌糸体複合材料は軽量で断熱性が高く、耐火性も備えており、高温焼結や従来のコンクリート養生に比べて比較的少ないエネルギー投入で特定の形状に成長させることが可能である。
宇宙への応用において、その利点は明確だ。菌類は廃棄物の流れを材料に変えることができ、ロジスティクスを削減し生命維持システムのループを閉じることができる。また、焼結に比べて低温で成長が可能であり、菌糸体複合材料の細胞構造は熱制御のための固有の断熱特性を提供できる。さらに、生体系は軽微なひび割れを自己修復できる場合があるため、バイオベースの材料は純粋な不活性材料にはないメンテナンスの経路を提示する。
UNCGのプロジェクトは、慎重な姿勢を保ちつつもこれらの可能性を強調している。近い将来に実現可能性が最も高いのは、居住施設の断熱材、放射線を減衰させる内装パネル、あるいは埋設型居住施設の保護被覆層といった非耐荷重用途である。添加剤や後処理によって圧縮特性や引張特性を改善できれば、より広範な構造的役割も現実味を帯びてくるが、それは現在の試験で探求される未解決の課題である。
課題と未解決の疑問
有望なラボでのデモンストレーションをミッションで使用可能な建設資材に変えるには、多くのハードルがある。月や火星では、生物や材料はほぼ真空または薄い二酸化炭素の大気、極端な温度変化、そして電離放射線にさらされる。これらは湿度の高い実験室とは大きく異なる条件だ。菌糸体を育てるには、水、制御された雰囲気、そして菌の代謝に適合した温度が必要であり、これらすべてがエネルギーと工学的なコストを課すことになる。
惑星保護もまた制約の一つだ。いかなる生物学的アプローチも、地球の生命で惑星環境を汚染することを避けなければならない。これは明確な殺菌または封じ込め戦略を意味し、UNCGのチームは展開前に成長した複合材料を殺菌することでこれをテストする計画だ。また、微小隕石の衝突に対する耐久性、低重力下での長期的な機械的クリープ、そしてレゴリスの化学的性質（例えば火星にある反応性の高い過塩素酸塩）が成長や材料の安定性にどのように影響するかについても、疑問が残っている。
最後に、模擬人間排泄物は地球上での試験原料としては有用だが、実際のミッションシステムでは堅牢な栄養リサイクルループと厳格な微生物制御が必要になる。小さなレンガから数メートルの構造物へとスケールアップするには、フレーム作り、接合、密封、そしてエアロックや電力システムとの統合といった、後の開発段階で対処すべき追加の工学的課題が生じる。
居住可能な基地への道
UNCGとLuna Labsの取り組みは、宇宙のための建設技術として生物学を探索する広範な研究アジェンダの一環である。もしテストで一貫した機械的性能が示され、工学的な解決策によって許容可能な質量と電力予算で育成チャンバー、水リサイクル、殺菌が提供できれば、菌類複合材料は、レゴリス焼結、セメント系バインダーを用いた3Dプリント、膨張式モジュールなどを含むツールボックスに加わる可能性がある。
短期的なマイルストーンは実用的かつ控えめなものだ。すなわち、耐性のある菌株を特定し、圧縮強度とばらつきを定量化し、殺菌と統合のワークフローを実証することである。これらのステップで成功すれば、関連する環境下で制御された成長と後処理をテストできる、小規模な軌道上または月面での実証実験が正当化されるだろう。長期的には、実証されたバイオファブリケーション・チェーンが地球供給材料への依存を減らし、現地の土壌とリサイクル廃棄物から成長するシェルターという新しいデザインパラダイムを切り開くかもしれない。
現時点では、このプロジェクトの価値は技術的であると同時に概念的なものでもある。それはエンジニアと生物学者に、単位、タイムライン、そして破壊モードを共有することを強いる。生物学的プロセスの記述を圧縮曲線や設計係数へと変換するこの「翻訳」こそが、菌類が単なる興味深いアイデアに留まるか、将来の探査者にとっての実用的なツールになるかを決定づけるのである。
出典
- UNC Greensboro (UNCG) — プロジェクト発表および研究概要
- Luna Labs — 材料試験および工学パートナーシップ
- NASA — その場資源利用（ISRU）研究への資金提供
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