Ay ve Mars için Mantar Tuğlalar

uzayda bina yetiştirmek: uncg — biyoloji mühendislikle buluşuyor

Ortaklık, UNC Greensboro'daki Nicholas Oberlies'in mantar ekolojisi laboratuvarını, yapısal testler ve malzeme analizi gerçekleştirecek olan Virginia merkezli bir ürün geliştirme firması olan Luna Labs ile bir araya getiriyor. Oberlies’in ekibi, istiridye mantarı (Pleurotus ostreatus) ve sertliğiyle bilinen bazı raf mantarı türleri de dahil olmak üzere mantarların kültürlenmesi ve karakterize edilmesi konusundaki deneyimini; Luna Labs ise mekanik testler, sıkışma ölçümleri ve mühendislerin yeni bir inşaat malzemesini değerlendirmek için ihtiyaç duyduğu standart odaklı verileri sunuyor.

Üniversite duyurusuna göre plan, mantar hiflerini kültürleyerek bunların simüle edilmiş insan atıklarından elde edilen bir besin akışıyla karıştırılmış gevşek regolit parçacıklarına nüfuz etmesini ve onları birbirine bağlamasını sağlamak. Hif ağı granüler malzemeyi etkili bir şekilde birbirine bağlarsa araştırmacılar, kompoziti sterilize edip sıkıştırarak birleştirilmiş bir blok haline getirecek. Luna Labs daha sonra bu blokların ne kadar yük taşıyabileceğini, sıkışma altında nasıl davrandıklarını ve habitatlar veya diğer altyapılar için yeterince dayanıklı hale getirilip getirilemeyeceklerini ölçecek.

Bu yaklaşım, yerinde kaynak kullanımının tam bir örneğidir: sistem, Dünya'dan tuğla ve çimento taşımak yerine, yalnızca küçük spor veya inokülüm yükleri ile güç, su ve bir besin döngüsü kullanarak malzemeleri ihtiyaç duyulan yerde yetiştirecek ve şekillendirecektir. Bu durum konsepti, Ay ve Mars üsleri için fırlatma kütlesini ve uzun vadeli tedarik zincirlerini minimize etmeye çalışan görev planlamacıları için cazip kılıyor.

uzayda bina yetiştirmek: uncg — testler, malzemeler ve metrikler

Özünde UNCG–Luna Labs deneyi birbirine bağlı üç fikri test ediyor: hangi mantar türlerinin regolit benzeri kimyaya dayanabildiği, bir miselyum ağının inorganik parçacıkları uyumlu bir kompozit halinde bağlayıp bağlayamadığı ve malzemeyi güvenli ve yapısal olarak kullanışlı hale getirmek için hangi büyüme sonrası işlemlerin gerektiği. Ekip, mantara bir karbon ve besin kaynağı sağlamak amacıyla geri dönüştürülmüş insan atığına benzemesi hedeflenen bir besleme stoğu ile karıştırılmış simüle edilmiş regolit (Ay veya Mars yüzeyini taklit eden kaya ve toz analogları) kullanarak kontrollü büyüme denemeleri yürütecek.

Büyüme yoğun bir miselyum matrisi oluşturduğunda, kompozit ısıl işlemden geçirilecek veya başka şekilde sterilize edilecek ve mekanik olarak tuğla benzeri bir forma dönüştürülecektir. Luna Labs; sıkışma dayanımını, sertliği ve kırılma modlarını ölçecek; ayrıca partiler arasındaki değişkenliği ve farklı büyüme tariflerinin etkilerini test edecek. Bu veriler, malzemenin yalıtım veya iç bölmeler gibi yük taşımayan kullanımlar için mi uygun olduğunu yoksa yapısal roller için mi tasarlanabileceğini belirleyecek.

İş birliği yapan taraflar, bunun erken aşama bir araştırma olduğunu açıkça belirtiyor: ekip, tamamen sertifikalı yapı blokları sunmayı değil, gelecek vaat eden türleri ve süreç pencerelerini belirlemeyi hedefliyor. Yine de, ölçülebilir malzeme özelliklerine ve tekrarlanabilir testlere verilen önem, tamamen kavramsal çalışmaların ötesine geçen bir adımı temsil ediyor; bu, miselyum kompozitlerini görev tasarımcılarının kullanabileceği bir mühendislik diline taşıma girişimidir.

Miselyum mekaniği ve pratik avantajlar

Miselyum tabanlı malzemeler, substrat parçacıklarını birbirine bağlamak için polimerler salgılayan ve birbirine kenetlenen mantar hifleri (mikroskobik, iplik benzeri filamentler) ağlarına dayanır. Yeryüzündeki gösterimlerde, tarımsal atıklardan yapılan miselyum kompozitleri hafiftir, ısı yalıtımlıdır ve ateşe dayanıklıdır; ayrıca yüksek sıcaklıkta sinterleme veya geleneksel beton kürlemeye kıyasla nispeten az enerji girişiyle belirli şekillerde yetiştirilebilirler.

Uzay uygulamaları için cazip noktalar açık: mantarlar atık akışlarını malzemeye dönüştürebilir, bu da lojistiği azaltır ve yaşam destek sistemlerindeki döngüleri kapatır; büyüme, sinterlemeye göre düşük sıcaklıklarda gerçekleşebilir ve miselyum kompozitlerinin hücresel yapısı, ısıl kontrol için doğal yalıtım özellikleri sağlayabilir. Ayrıca, canlı sistemler bazen küçük çatlakları kendi kendine onarabildiği için, biyolojik tabanlı malzemeler tamamen atıl malzemelerin sunmadığı bakım olanakları sunar.

UNCG projesi, temkinli davranırken bu olasılıkları vurguluyor. Yakın vadedeki en olası kullanımlar yük taşımayan alanlardır: habitat yalıtımı, radyasyon sönümleyici iç paneller veya gömülü habitatlar için koruyucu örtü tabakası. Sıkışma ve çekme özellikleri katkı maddeleri veya büyüme sonrası işlemlerle geliştirilebilirse, daha geniş yapısal roller makul hale gelebilir, ancak bu, mevcut testlerin araştıracağı ucu açık bir soru olarak kalmaya devam ediyor.

Zorluklar ve cevapsız sorular

Gelecek vaat eden bir laboratuvar demosunu göreve hazır bir yapı malzemesine dönüştürmek birçok engelle karşı karşıyadır. Ay ve Mars; organizmaları ve malzemeleri vakuma yakın ortamlara veya ince CO2 atmosferlerine, aşırı sıcaklık dalgalanmalarına ve iyonize edici radyasyona maruz bırakır; bu koşullar nemli bir laboratuvar tezgahından çok farklıdır. Miselyum yetiştirmek; su, kontrollü bir atmosfer ve mantar metabolizmasıyla uyumlu sıcaklıklar gerektirecektir ki bunların tümü enerji ve mühendislik maliyetleri yaratır.

Gezegen koruma bir diğer kısıtlamadır: her türlü biyolojik yaklaşım, gezegen ortamlarının Dünya yaşamıyla kontamine olmasını engellemelidir. Bu, UNCG ekibinin yetiştirilen kompozitleri konuşlandırmadan önce sterilize ederek test etmeyi planladığı net sterilizasyon veya hapsetme stratejileri anlamına gelir. Ayrıca mikrometeorit çarpması altındaki dayanıklılık, düşük yerçekiminde uzun vadeli mekanik sürünme ve regolit kimyasının (örneğin Mars'taki reaktif perkloratlar) büyümeyi ve malzeme stabilitesini nasıl etkilediği hakkında da cevapsız sorular bulunmaktadır.

Son olarak, simüle edilmiş insan atığı Dünya'da yararlı bir test besleme stoğudur ancak gerçek görev sistemleri sağlam besin geri dönüşüm döngüleri ve sıkı mikrobiyal kontrol gerektirecektir. Küçük tuğlalardan çok metrelik yapılara ölçek büyütmek; çerçeveleme, birleştirme, sızdırmazlık ve hava kilitleri ile güç sistemleriyle entegrasyon gibi daha sonraki geliştirme aşamalarında ele alınması gereken ek mühendislik sorunlarını beraberinde getirmektedir.

Yaşanabilir habitatlara giden yol

UNCG–Luna Labs çalışması, biyolojiyi uzay için bir inşaat teknolojisi olarak araştıran daha geniş bir araştırma gündeminin bir parçasıdır. Testler tutarlı mekanik performans gösterirse ve mühendislik çözümleri kabul edilebilir kütle ve güç bütçelerinde büyüme odaları, su geri dönüşümü ve sterilizasyon sağlayabilirse; mantar kompozitleri; regolit sinterleme, çimento benzeri bağlayıcılarla 3D baskı ve şişirilebilir modülleri zaten içeren bir araç kutusuna katılabilir.

Yakın vadeli kilometre taşları pratik ve mütevazıdır: dirençli mantar suşlarını tanımlamak, sıkışma dayanımını ve değişkenliğini ölçmek ve bir sterilizasyon ve birleştirme iş akışını göstermek. Bu adımlardaki başarı, kontrollü büyüme ve son işlemin ilgili ortamlarda test edilebileceği küçük ölçekli yörünge veya Ay gösterimlerini haklı çıkaracaktır. Uzun vadede, kanıtlanmış bir biyofabrikasyon zinciri, Dünya'dan tedarik edilen malzemelere olan bağımlılığı azaltabilir ve yerel toprak ile geri dönüştürülmüş atıklardan yetişen barınaklar için yeni tasarım paradigmaları açabilir.

Şu an için projenin değeri teknik olduğu kadar kavramsaldır: mühendisleri ve biyologları birimleri, zaman çizelgelerini ve arıza modlarını paylaşmaya zorluyor. Biyolojik süreç açıklamalarını sıkışma eğrilerine ve tasarım faktörlerine dönüştüren bu çeviri; mantarların ilgi çekici bir fikir olarak mı kalacağını yoksa gelecekteki kaşifler için pratik bir araç mı olacağını belirleyecek olandır.

Kaynaklar

• UNC Greensboro (UNCG) — proje duyurusu ve araştırma özeti
• Luna Labs — malzeme testi ve mühendislik ortaklığı
• NASA — yerinde kaynak kullanımı araştırması için finansman