8 января 2025
Исследователи, финансируемые ЕС, используют биологическую материю для создания уникальных новых материалов, которые могут адаптироваться к окружающей среде и самовосстанавливаться.
Писатель-фантаст Артур Кларк однажды сказал: «Любая достаточно развитая технология неотличима от магии».
На доктора Кунала Масанию, доцента кафедры аэрокосмических конструкций и материалов Делфтского технического университета в Нидерландах, Кларк произвел огромное впечатление.
«Меня это всегда очень вдохновляло», — сказал Масания. «С помощью своих исследований я пытаюсь привнести в жизнь людей своего рода магию».
Живые материалы
Масания разрабатывает то, что он называет «живыми материалами», для использования в аэрокосмической и транспортной отраслях. Эти живые материалы, как и звучат, буквально живые. Они содержат микроорганизмы, такие как грибки и бактерии, которые дают им возможность поддерживать свою целостность и самовосстанавливаться.
Его работа может показаться магией, но она вполне реальна и успешно развивается.
Это часть пятилетнего проекта AM-IMATE , на который Масания получила грант от Европейского союза в январе 2023 года. Команда AM-IMATE в Делфте изучает потенциал биологических организмов для интеграции в инновационные новые материалы для использования в промышленности и машиностроении.
«Цель состоит в том, чтобы создать инженерные структуры, которые могут вести себя как живые организмы, способные ощущать механические нагрузки и адаптироваться к ним», — сказал Масания.
Грибы, напечатанные на 3D-принтере
Материал, который разрабатывает Масания, представляет собой композит, который объединяет живые клетки грибов и древесину. Он состоит из гидрогеля и мицелия, корнеподобной структуры гриба, который обычно живет под землей.
«Мы решили работать с грибами, потому что грибы — действительно выносливый организм, они устойчивы к суровым условиям и их относительно легко выращивать», — сказал Масания.
Более того, грибковые клетки обладают большой способностью к соединению. Мицелий может вырастить обширную сенсорную сеть, которая позволяет ему посылать сигналы по всему организму. Это означает, что ученые могут распределить всего несколько клеток по всему материалу, и эти клетки воссоединятся и сформируют сенсорную сеть.
Для производства этих живых материалов компания Masania разработала специальный метод 3D-печати и новые чернила для 3D-печати.
«Мы добились значительного прогресса в этом направлении и уже можем печатать наш материал на 3D-принтере», — сказал он.
Биологические материалы могут помочь улучшить производительность и долговечность критических структур, используемых в таких областях, как аэрокосмическая промышленность и транспорт. Например, Масания и его команда изучают возможность использования своих композитов в качестве основного материала для интерьера самолетов.
«Наши материалы очень легкие и более устойчивые, чем используемые в настоящее время материалы», — сказал Масания. «Сейчас интерьер самолета в основном сделан из пластика и металла. Если мы заменим их, нам больше не придется полагаться на ископаемое топливо, и мы сможем предложить лучшие решения для окончания срока службы. Если мы будем использовать живые материалы, компоненты самолета можно будет разобрать и вернуть природе».
Исследования Масании, возможно, даже направлены на то, чтобы превратить то, что кажется научной фантастикой, в реальность.
«Это может быть очень интересно для строительства в космосе и на других планетах», — сказал он. «Наши живые материалы могли бы стать основой новых мест обитания, поскольку можно использовать местные материалы и связывать их вместе с помощью грибов».
Био-основа для строительной оболочки
Ближе к дому биоматериалы также используются для разработки нового союзника для устойчивого строительства. Доктор Анна Сандак — эксперт в области материаловедения, специализирующаяся на древесине. Она — доцент Приморского университета в Копере, Словения, заместитель директора и руководитель отдела материалов в Словенском центре передового опыта InnoRenew .
InnoRenew была основана в 2017 году при поддержке ЕС, международного и национального финансирования для развития сильных сторон Словении в области лесного хозяйства и исследований древесины. Целью было исследование инновационных возобновляемых материалов для устойчивого строительства.
В 2022 году Сандак и ее исследовательская группа InnoRenew получили пятилетний грант ЕС на дальнейшую разработку концепции биоактивной живой системы покрытия для использования в строительной отрасли. Благодаря этому финансированию они разрабатывают «живую» биопленку, способную защищать различные поверхности зданий, включая бетон, пластик и металл.
Идея состоит в том, что эту живую кожу можно использовать для защиты строительных материалов и повышения устойчивости и долговечности зданий.
«Вместо того чтобы использовать синтетические химикаты, биоциды и минеральные масла, которые не всегда безопасны для окружающей среды, мы сосредоточились на разработке натуральных решений», — сказал Сандак.
Используя живые организмы, ученые создают новые функциональные возможности, которые невозможно найти в обычных материалах.
«Мы добавляем новое измерение к материалам, которого раньше не было, — жизнь», — сказал Сандак. «В природе клетки обладают множеством фантастических свойств, которые очень сложно и дорого реализовать в синтетических материалах. Живые материалы более экологичны, они могут самовосстанавливаться, обладают потенциалом очищать воздух и обходятся дешевле».
Веселые грибы
Как и в проекте AM-IMATE, команда Сандака в основном работает с грибами.
«У них огромный потенциал», — сказала она. «Они растут фантастически, имеют высокую выживаемость и не нуждаются в большом количестве питательных веществ. Грибы — это весело».
Грибы уже встречаются на строительных площадках, но обычно они нежелательны, поскольку могут повредить материалы. Однако команда Сандака работает с определенным грибком, который не вреден и не разрушает материалы.
Чтобы обеспечить реализацию своих исследований на практике, ученые создают биопокрытие, которое не только эффективно, но и визуально привлекательно. Они тестируют его на различных материалах и работают над добавлением различных цветов.
«Потому что эстетика важна в архитектуре», — сказал Сандак.
Предполагается, что полученный продукт будет представлять собой покрытие на водной основе, которое можно наносить распылением, кистью или валиком на широкий спектр поверхностей.
Проект ARCHI-SKIN продлится до 2027 года, и, по словам Сандака, исследования продвигаются довольно быстро, и пройдет совсем немного времени, прежде чем покрытие можно будет нанести на первые здания.
«Я считаю, что наше решение можно будет использовать в течение следующего десятилетия», — сказала она.
Влияние на общество
В обоих проектах ученые получают ценные фундаментальные знания о микроорганизмах, но, как говорят оба координатора проекта, главным результатом исследований должно стать их практическое применение.
«Мы хотим сделать наш мир лучше», — сказал Сандак.
«Я считаю, что мы определенно увидим гораздо больше применений для биоматериалов, например, в зданиях и застроенной среде, а также в потребительских товарах», — сказал Масания. «По мере развития нашего понимания этих материалов будет появляться все больше и больше применений».
Автор Константин Романов
