Yaşayan beton”: Çinli bilim insanları Mars toprağından 3B yazıcıyla barınak üreten yeni malzeme geliştirdi.

Çinli bilim insanları, teorik olarak Mars gibi uzak gezegenlerde yapı inşa etmek için kullanılabilecek yeni tip bir “yaşayan beton” (living cement) geliştirdi. Sadece birkaç hammaddeden oluşan malzemenin üretiminde yerel toprak ya da regolit, jöle ve genetiği değiştirilmiş maya kullanılıyor. Ölçeklenebilir hale gelmesi halinde, bu tekniğin gelecekteki uzun süreli insanlı uzay görevleri için Mars’ta barınak ve diğer yapıların yapımında kullanılması öngörülüyor. Sürecin nispeten ucuz olması ve aynı zamanda sahadaki 3B yazıcılarla birleştirilebilmesi de dikkat çeken özellikler arasında.

Bilim insanları, son derece yapışkan proteinler üreten özel bir Saccharomyces cerevisiae maya suşunu mühendislikle şekillendirdi. Bu proteinlerden biri, midyelerin kayalar gibi yüzeylere tutunmasını sağlayan yapılara benziyor. Araştırmacıların fikince bu proteinler, toprağı ya da regoliti bir araya getiren bir tür çimento görevi görerek biyolojik bir çino üretiyor. May hücreleri dolayısıyla, bağlayıcı içinde milyonlarca mikroskobik yapışkan parçacık gibi davranıyor.

Maya ile Mars yapıları

Jöle bileşeni her şeyin etrafında bir hidrogel oluştururken, toprak ya da regolit malzemenin ana kütlesini sağlıyor. Başlangıçta yapışkan ve kıvamlı bir hamur olan bu karışım, 3B yazıcıların nozüllerinden geçirilerek karmaşık yapılar biçine sokulabiliyor.

Karışımın “sertleşme” (curing) süreci için araştırmacılar, Mars koşullarıyla savaşmak yerine bunlarla çalışmanın en iyi yol olduğunu düşünüyor. Mars’ta atmosfer çok incedir ve Dünya’nakinin yaklaşık yüzde 0,6’sını oluşturur; ayrıca gezegen ortalam olarak Dünyadan çok daha soğuktur (yaklaşık −53°C/−63,4°F). Bu koşullar altında sıvı su donar ve süblimeleşir, yani uzun süre sıvı formda kalamaz. Bu süreç temelde freeze-drying (donarak kurutma) tekniğine benziyor.

Mars’ın soğuk ve neredeyse vakuum koşulları, üretimin bir parçası olarak kullanılıyor; bu yeni malzeme, Mars toprağından mühendislikle şekillendirilmiş biyoloji kullanarak yazdırılabilir inşaat malzemesi üretilebileceğine dair umut verici bir kavratlama kanıtı sunuyor.

Araştırmacıların değerlendirmesi

Suyun buharlaşıp gitmesinin ardından geride, jöle, maya kaynaklı yapışkan proteinler ve mineral taneciklerinin birbirine kilitlendiği hafif ve gözenekli bir ağ kalıyor. Bu yapıyı, dondurularak kurutulmuş bir sünger ile betonun karışımı gibi düşünmek mümkün. Üstelik bu yeni malzeme oldukça güçlü; 12 MPa basınç dayanımı ve 6 MPa eğilme (bükülme) dayanımına sahip. Bu değerler, Dünyadaki düşük mukavemetli ve hafif betonlarla yarışır düzeyde.

Ciddi biçimde kullanıma hazır değil

Malzemenin inşaat için binlerce tonluk malzeme sevkiyatını ortadan kaldırması halinde büyük bir fayda sağlayacağı açık. Bunun yerine, teorik olarak biyolojik başlangıç malzemesinin, birkaç işleme ekipmanının ve büyük bir robot yazıcının gönderilmesi yeterli olur. İlginçtir ki malzeme aynı zamanda geri dönüştürülebilir; bileşenleri ayrıştırılıp yeniden kullanılabilir.

Bu iyi haberler geçerli olsa da, malzemenin laboratuvar dışındaki uygulamalar için ciddi biçimde düşünülmesinden önce bazı önemli konuların netleştirilmesi gerekiyor. İlk olarak, test edilen malzeme Mars regolitinin yerini alması için kum kullanmış. Gerçek Mars regoliti farklı tanecik özelliklerine sahiptir ve perklorat gibi maddeler içerir; jöle-maya karışımının buna nasıl tepki verdiği ise henüz test edilmedi.

Başka bir sorun da jönenin domuz kaynaklı (porcine) olması. Bu nedenle jölenin inşaat alanına “sevk edilmesi” gerekecek. Araştırmacılar ayrıca jölesiz bir formülasyon da test etti, ancak bunun performansı daha düşüktü ve bilim insanları daha güçlü tamamen biyolojik bağlayıcılara ihtiyaç olacağını belirtiyor.

Sorunlardan biri de malzemenin, insanları Mars’ın sert ortamından koruyan basınçlı yapılar inşa edebilmesini sağlamak. Araştırmacı ekip, bu yeni yaşayan betonla inşa edilen bir kabuk ve korumayla çevrili, hazır bir basınç tutucu zar öneriyor.