Namai Marse iš mielių ir želatinos: Honkongo inžinieriai sukūrė medžiagą, kurią sukietina Marso šaltis

Honkongo inžinieriai sukūrė medžiagą, iš kurios ateityje būtų galima 3D spausdinti namus Marse. Jai reikia smėlio, želatinos ir genetiškai modifikuotų mielių. Idėją pakišo džiovinti vaisiai: Marso šaltis ir beveik vakuumas veikia kaip natūrali šaldymo džiovykla, todėl atspausdinta drėgna masė sukietėja be papildomo kaitinimo. Tyrimą atliko Honkongo mokslo ir technologijų universiteto (HKUST) ir Honkongo politechnikos universiteto mokslininkai, jis paskelbtas žurnale „Chem Circularity“. Kol kas medžiaga išbandyta tik laboratorijoje, o atspausdinti statiniai yra vyno kamščio dydžio.

Įkvėpimas – sušaldyti džiovinti vaisiai

„Mano įkvėpimas kilo iš šaldant džiovintų vaisių, kurie tampa kietesni“, – sakė tyrimo vyresnysis autorius, HKUST statybos inžinierius Jishenas Qiu. Pasak jo, labai žema Marso temperatūra ir slėgis sukuria sąlygas, panašias į šaldymo džiovinimą. „Todėl paklausiau savęs, ar galime tuo pasinaudoti ir pagaminti medžiagų“, – sakė mokslininkas, kurį cituoja „BioTechniques“.

„BioTechniques“ primena, kad Marsas – labai nepalanki vieta statyboms: ten itin šalta, planetą plieskia spinduliuotė, atmosfera beveik vakuumas, o net kukliai pastogei skirtos statybinės medžiagos kosmose skristų kelis mėnesius.

Daugelyje projektų, kaip statyti miestus kitose planetose, siūloma kaitinti ir lydyti Marso uolienas ar Mėnulio dulkes, paverčiant jas plytomis ir sijomis. Tačiau tam reikia labai daug energijos. Honkongo komandos medžiaga gaminama visai kitaip, todėl taupo energiją, kurios reikėtų kaitinimui. „Euronews“ pažymi, kad didžiausiomis kliūtimis išlieka įrangos gabenimas ir pakankamas energijos tiekimas.

Mielės apaugusios midijų baltymais

Medžiagą sudaro smėlis ir klijai iš želatinos bei specialių mielių. Mokslininkai naudojo įprastas kepimo mieles, kurių ląsteles genetiškai pakeitė taip, kad jų paviršius pasidengtų lipniais baltymais, įskaitant tuos, kuriais midijos prisitvirtina prie akmenų. Želatina sujungia ingredientus ir suteikia vietos ląstelėms augti, o smėlis suteikia masės ir struktūros. „Earth.com“ duomenimis, palyginti su tuo pačiu receptu be ląstelių, geriausias variantas su modifikuotomis mielėmis atlaikė 170 proc. didesnę gniuždymo apkrovą. Antrasis bandymas parodė, iš kur tas pranašumas: mokslininkai dviem lašeliais klijų sujungė stiklo karoliukus ir juos atplėšė. Vien želatinos jungtys švariai atsiskyrė nuo karoliuko, o jungtys su modifikuotomis ląstelėmis plyšo per vidurį – vadinasi, sukibimas su smėliu tapo stipresnis už pačius klijus.

Ląstelės pakeitė ir porų struktūrą. Vien želatina užšalusi sudarydavo labai įvairaus dydžio tuštumas, o su modifikuotomis mielėmis poros susitelkdavo apie 5 mikrometrų dydžio ir buvo tolygiai sujungtos. Atskirai nė vienas ingredientas didelio efekto nedavė: mielės be želatinos laikėsi kartu, bet buvo silpnos. Geriausiame recepte biologinės kietosios medžiagos sudarė ketvirtadalį mišinio.

Spausdinti reikia siaurame temperatūrų intervale: želatina pradeda stingti žemesnėje nei maždaug 38 °C temperatūroje, todėl masė iš antgalio išspaudžiama esant 37 °C. Išspaudus mišinį, ekstremalus šaltis ir žemas slėgis jį išdžiovina: vanduo užšąla ir iš ledo tiesiai virsta garais, palikdamas mikroskopines poras. Rezultatas primena lengvas, akytas putas. Mokslininkai medžiagą spausdino imituotomis Marso sąlygomis – esant −30 °C temperatūrai ir 0,01 atmosferos slėgiui.

Medžiaga tvirta kaip žemos klasės betonas

Kol kas atspausdinti statiniai – maždaug vyno kamščio dydžio kupoleliai, 45 mm aukščio ir 30 mm pločio. Tačiau pati medžiaga yra tvirta: jos gniuždymo stipris siekia 10–12 megapaskalių, panašiai kaip žemos klasės betono. „Taigi ji pakankamai tvirta, kad būtų galima pastatyti vieno ar dviejų aukštų pastatą Žemėje, kurios gravitacija tris kartus didesnė nei Marso. Todėl Marse iš šios medžiagos tikriausiai būtų nesunku pastatyti daugiaaukštį pastatą“, – teigė J. Qiu.

Medžiaga taip pat gali būti perdirbama. Sutrupinus išbandytą plytą ir pašildžius, kad želatina ištirptų, visą masę galima vėl sumaišyti ir užšaldyti. „Earth.com“ duomenimis, ketvirtosios kartos plytų stipris siekė 11,8 megapaskalio – artimas pradiniam, o mielės jose vis dar buvo gyvos. „Kol bent viena mielių ląstelė lieka gyva, jas galima vėl užauginti“, – sakė J. Qiu. Naujakuriai galėtų atgauti mieles iš išmontuotų statinių ir vėl jas auginti bioreaktoriuose.

Rodiklis	Duomenys
Sudėtis	smėlis, želatina, genetiškai modifikuotos mielės
Imituotos Marso sąlygos	−30 °C, 0,01 atmosferos slėgis
Gniuždymo stipris	10–12 MPa (žemos klasės betonas)
Atspausdinto kupolo dydis	45 mm aukščio, 30 mm pločio
Ketvirtosios kartos perdirbtos plytos stipris	11,8 MPa
Mielės padidino atlaikomą apkrovą	170 proc.

Šaltiniai: „BioTechniques“, „Earth.com“, „Euronews“.

Ar mielės išgyventų Marse – dar neaišku

Medžiaga kol kas išbandyta tik Žemėje. Komanda nežino, ar mielės išgyventų tikromis Marso sąlygomis. J. Qiu „Earth.com“ sakė, kad kitas klausimas – „kaip gerai dabartinis mikroorganizmas atlaikytų kosminę spinduliuotę“, o jei prastai – kokie kiti mikroorganizmai galėtų jį pakeisti. Be to, receptas vis dar priklauso nuo Žemės ingredientų: geriausiame variante naudojama iš kiaulių odos pagaminta želatina, o ląstelės maitinasi kartu atgabentomis maistinėmis medžiagomis.

Niekas dar neišmatavo, kaip medžiaga atlaiko tempimą, ar ji sulaiko orą ir kaip ją paveiktų ilgi Marso orų metai. J. Qiu vertinimu, prasmingai statybai vietoje gali prireikti šimtų tonų krovinių iš Žemės, todėl sėkmė priklausys ir nuo raketų technologijų pažangos. Mastui didinti komandai reikia „didesnio bandymų stendo su sumažinta gravitacija“, nes mažesnė trauka gali pakeisti, kaip spausdinama siena kyla aukštyn. „Visada savęs klausiu: ar yra koks nors fizikos dėsnis ar esminis mechanizmas, kuris neleistų mums to padaryti? Šiuo metu nematau jokio. Esame tikri, kad galime tai išplėsti“, – sakė J. Qiu.