Освоение Марса долгое время было фантастической мечтой, вдохновлённой научной фантастикой. Однако успешные посадки космических аппаратов за последнюю половину века сделали эту, казалось бы, несбыточную идею всё более реальной.
Учёным необходимо решить, как строить сооружения в миллионах миль от Земли. Отправка ракет с огромными грузами строительных материалов в космос непрактична и не по карману. На помощь приходит доктор Конгруи Грейс Джин из Техасского университета A&M.
Джин и её коллеги из Университета Небраски-Линкольн годами работали над биопроизводством инженерных живых материалов и разработали систему синтетических лишайников, которая может формировать строительные материалы без постороннего вмешательства.
Их последнее исследование, опубликованное в Journal of Manufacturing Science and Engineering, применяет эти разработки для автономного строительства сооружений на Марсе с использованием реголита планеты, который включает пыль, песок и камни.
Этот прорыв может революционизировать внеземное строительство, позволив возводить сооружения в самых сложных условиях при ограниченных ресурсах.
«Мы можем создать синтетическое сообщество, имитируя природные лишайники», — объясняет Джин. «Мы разработали способ создания синтетических лишайников для производства биоматериалов, которые склеивают частицы марсианского реголита в конструкции. Затем с помощью 3D-печати можно создавать самые разные конструкции, такие как здания, дома и мебель».
Другие исследователи изучали различные методы связывания частиц марсианского реголита, включая создание материалов на основе магния, серы и геополимеров. Однако все эти методы требуют значительной помощи человека и поэтому неосуществимы из-за очевидной нехватки рабочей силы на Марсе.
Ещё один подход — технология саморастущих микробов. Были разработаны различные конструкции, такие как бактериальная биоминерализация для связывания частиц песка в каменную кладку, уреазолитические бактерии для стимулирования производства карбоната кальция для изготовления кирпичей, а также исследование НАСА по использованию грибного мицелия в качестве связующего вещества.
Хотя технология саморастущих микробов очень перспективна, существующие методы не являются полностью автономными, поскольку используемые микробы ограничены одним видом или штаммом. Таким образом, для их выживания требуется непрерывная подача питательных веществ, а это означает, что необходимо внешнее вмешательство. Опять же, нехватка рабочей силы на Марсе усложняет задачу.
Чтобы решить эту проблему, команда Джин разработала полностью автономную технологию саморастущих систем, создав синтетическое сообщество, использующее преимущества нескольких видов. Эта система устраняет необходимость во внешних поставках питательных веществ.
В конструкции используются гетеротрофные нитевидные грибы в качестве производителей связующих материалов, поскольку они могут способствовать образованию большого количества биominerals и выживать в суровых условиях гораздо лучше, чем гетеротрофные бактерии. Эти грибы в сочетании с фотоавтотрофными диазотрофными цианобактериями создают систему синтетических лишайников.
Как это работает? Диазотрофные цианобактерии связывают углекислый газ и ди азот из атмосферы и преобразуют их в кислород и органические питательные вещества, чтобы помочь выживанию и росту нитевидных грибов и повысить концентрацию карбонат-ионов за счёт фотосинтетической активности.
Нитевидные грибы связывают ионы металлов на клеточных стенках грибов и служат местами зарождения для производства биominerals, а также усиливают рост цианобактерий, обеспечивая их водой, минералами и углекислым газом. Оба компонента выделяют биополимеры, которые усиливают адгезию и сцепление между марсианским реголитом и выпавшими в осадок частицами, создавая единое тело.
Система растёт только на марсианском реголите, воздухе, свете и неорганической жидкой среде. Другими словами, рабочая сила не требуется.
«Потенциал этой технологии саморастущих систем в обеспечении долгосрочного освоения и колонизации внеземного пространства значителен», — утверждает Джин.
Следующий этап проекта, который уже начался, — создание чернил для реголита для печати биоструктур с использованием техники 3D-печати прямого написания чернилами.
Джин — доцент программы «Технологии машиностроения и производства» на факультете инженерных технологий и промышленного распределения в Техасском университете A&M. Её коллеги-исследователи из Университета Небраски-Линкольн — доктор Ричард Уилсон, Ниша Рокая и Эрин Карр.