달과 화성을 위한 균사체 벽돌

우주에서 건물을 키우다: UNCG — 생물학과 공학의 만남

이번 파트너십은 UNC Greensboro의 Nicholas Oberlies 균류 생태학 연구소와 버지니아 소재의 제품 개발 기업인 Luna Labs를 연결하며, Luna Labs는 구조 테스트 및 재료 분석을 수행할 예정입니다. Oberlies 팀은 느타리버섯(Pleurotus ostreatus)과 강성으로 유명한 특정 구멍장이버섯을 포함한 균류의 배양 및 특성 분석 경험을 제공하며, Luna Labs는 기계적 테스트, 압축 측정 및 엔지니어들이 새로운 건설 자재를 평가하는 데 필요한 표준 기반 데이터를 제공합니다.

대학 발표에 따르면, 이 계획은 균사(hyphae)를 배양하여 모사된 인체 폐기물에서 추출한 영양액과 혼합된 느슨한 레골리스 입자에 침투시켜 결합하는 것입니다. 균사 네트워크가 입상 물질을 효과적으로 연결하면 연구진은 복합체를 멸균 및 압축하여 단단한 블록으로 응고시킬 것입니다. 그 다음 Luna Labs는 이 블록이 견딜 수 있는 하중, 압축 시의 거동, 그리고 거주지나 기타 인프라에 사용할 수 있을 만큼 내구성이 있는지 수치화할 것입니다.

이 구상은 현지 자원 활용(in-situ resource utilization)의 전형적인 사례입니다. 지구에서 벽돌과 시멘트를 운송하는 대신, 포자나 접종원의 소량 초기 탑재물과 전력, 물, 영양 순환 시스템만을 사용하여 필요한 곳에서 직접 재료를 키우고 형상화하는 방식입니다. 이는 달과 화성 기지를 위해 발사 질량과 장기적인 공급망을 최소화하려는 미션 계획자들에게 매우 매력적인 개념입니다.

우주에서 건물을 키우다: UNCG — 테스트, 재료 및 지표

UNCG-Luna Labs 실험의 핵심은 세 가지 연결된 아이디어를 테스트하는 것입니다. 어떤 균류 종이 레골리스와 유사한 화학 성분을 견디는지, 균사체 네트워크가 무기 입자를 일관된 복합체로 결합할 수 있는지, 그리고 재료를 안전하고 구조적으로 유용하게 만들기 위해 성장 후 어떤 가공이 필요한지입니다. 팀은 균류에 탄소와 영양원을 공급하기 위해 재활용된 인체 폐기물과 유사하게 제작된 원료와 혼합된 모사 레골리스(달이나 화성 표면을 모방한 암석 및 먼지 유사체)를 사용하여 통제된 성장 시험을 진행할 예정입니다.

성장을 통해 조밀한 균사체 매트릭스가 형성되면, 복합체는 열처리 또는 다른 방식으로 멸균된 후 기계적으로 압축되어 벽돌 형태가 됩니다. Luna Labs는 압축 강도, 강성 및 파손 모드를 측정할 것이며, 배치(batch) 간의 가변성과 다양한 성장 레시피의 효과도 테스트할 것입니다. 이러한 데이터는 해당 재료가 단열재나 내부 칸막이와 같은 비내력 용도에 적합한지, 아니면 구조적 역할을 하도록 설계될 수 있는지 결정할 것입니다.

협력 기관들은 이것이 초기 단계 연구임을 분명히 하고 있습니다. 팀의 목표는 유망한 종과 공정 범위를 식별하는 것이지, 완전히 인증된 빌딩 블록을 납품하는 것이 아닙니다. 그럼에도 불구하고 측정 가능한 재료 특성과 반복 가능한 테스트에 중점을 두는 것은 순수하게 개념적인 작업을 넘어선 단계이며, 균사체 복합체를 미션 설계자들이 사용할 수 있는 엔지니어링 언어로 옮기려는 시도입니다.

균사체의 역학 및 실용적 장점

균사체 기반 재료는 미세한 실 모양의 필라멘트인 균사(hyphae) 네트워크에 의존하며, 이들은 서로 얽히고 고분자를 분비하여 기질 입자들을 결합합니다. 지구상의 시연에서 농업 폐기물로 만든 균사체 복합체는 가볍고 단열 성능이 뛰어나며 내화성이 있는 것으로 확인되었습니다. 또한 고온 소결이나 일반적인 콘크리트 양생에 비해 상대적으로 적은 에너지 투입으로 특정 형상으로 키울 수 있습니다.

우주 응용 분야에서 그 장점은 분명합니다. 균류는 폐기물을 재료로 전환하여 물류 비용을 줄이고 생명 유지 시스템의 순환을 완성할 수 있습니다. 성장은 소결에 비해 낮은 온도에서 이루어질 수 있으며, 균사체 복합체의 세포 구조는 열 제어를 위한 고유한 단열 특성을 제공할 수 있습니다. 또한 생물학적 시스템은 때때로 미세 균열을 자가 치유할 수 있기 때문에, 바이오 기반 재료는 순수 불활성 재료가 제공하지 못하는 유지보수 경로를 제공합니다.

UNCG 프로젝트는 신중함을 유지하면서 이러한 가능성을 강조합니다. 단기적으로 가장 가능성 있는 용도는 하중을 받지 않는 비내력 부위입니다. 거주지 단열재, 방사선 감쇄용 내부 패널 또는 매립형 거주지를 위한 보호용 피복재 등이 그 예입니다. 첨가제나 후처리를 통해 압축 및 인장 특성을 개선할 수 있다면 더 넓은 구조적 역할도 가능해지겠지만, 이는 현재의 테스트가 탐구할 열린 질문으로 남아 있습니다.

과제 및 해결되지 않은 질문들

유망한 실험실 데모를 임무 수행이 가능한 건축 자재로 전환하는 데는 많은 장애물이 있습니다. 달과 화성은 생명체와 재료를 거의 진공 상태나 얇은 이산화탄소 대기, 극심한 온도 변화, 이온화 방사선에 노출시키며, 이는 습한 실험실 환경과는 매우 다릅니다. 균사체를 키우기 위해서는 물, 통제된 대기 및 균류 대사에 적합한 온도가 필요하며, 이 모든 것에는 에너지와 엔지니어링 비용이 수반됩니다.

행성 보호(Planetary protection) 또한 제약 사항입니다. 어떠한 생물학적 접근 방식도 지구 생명체로 행성 환경을 오염시키는 것을 피해야 합니다. 이는 명확한 멸균 또는 격리 전략을 의미하며, UNCG 팀은 배치 전 성장된 복합체를 멸균함으로써 이를 테스트할 계획입니다. 또한 미세 운석 충격 하에서의 내구성, 저중력 상태에서의 장기적인 기계적 크리프(mechanical creep), 그리고 레골리스의 화학 성분(예를 들어 화성의 반응성 과염소산염)이 성장과 재료 안정성에 미치는 영향에 대해서도 해결되지 않은 질문들이 남아 있습니다.

마지막으로, 모사된 인체 폐기물은 지구에서 유용한 테스트 원료이지만, 실제 미션 시스템에는 견고한 영양분 재활용 루프와 엄격한 미생물 제어가 필요합니다. 작은 벽돌에서 수 미터 크기의 구조물로 확장하는 것은 프레이밍, 접합, 밀봉 및 에어락과 전력 시스템과의 통합 등 향후 개발 단계에서 해결해야 할 추가적인 엔지니어링 문제를 야기합니다.

거주 가능한 서식지를 향한 길

UNCG-Luna Labs의 연구는 우주 건설 기술로서 생물학을 탐구하는 더 넓은 연구 의제의 한 조각입니다. 테스트를 통해 일관된 기계적 성능이 입증되고, 엔지니어링 솔루션이 허용 가능한 질량과 전력 예산 내에서 성장 챔버, 물 재활용 및 멸균을 제공할 수 있다면, 균류 복합체는 레골리스 소결, 시멘트 유사 바인더를 이용한 3D 프린팅, 팽창식 모듈 등을 포함하는 도구 상자에 합류할 수 있을 것입니다.

단기적인 이정표는 실용적이고 겸허합니다. 탄력적인 균류 균주를 식별하고, 압축 강도와 가변성을 수치화하며, 멸균 및 응고 워크플로를 입증하는 것입니다. 이러한 단계에서의 성공은 관련 환경에서 통제된 성장과 후처리를 테스트할 수 있는 소규모 궤도 내 또는 달 시연의 근거가 될 것입니다. 장기적으로 입증된 바이오 제조 체인은 지구 공급 재료에 대한 의존도를 낮추고, 현지 흙과 재활용 폐기물로 키우는 보호소라는 새로운 설계 패러다임을 열어줄 수 있습니다.

현재로서는 이 프로젝트의 가치가 기술적인 면만큼이나 개념적인 면에서도 큽니다. 엔지니어와 생물학자들이 단위(unit), 일정 및 파손 모드를 공유하도록 강제하기 때문입니다. 생물학적 공정 설명을 압축 곡선과 설계 계수로 변환하는 이러한 번역 작업이야말로 균류가 흥미로운 아이디어로 남을지, 아니면 미래 탐험가들을 위한 실용적인 도구가 될지를 결정할 것입니다.

출처

• UNC Greensboro (UNCG) — 프로젝트 발표 및 연구 요약
• Luna Labs — 재료 테스트 및 엔지니어링 파트너십
• NASA — 현지 자원 활용 연구 지원