Специалисты создали строительный биоматериал для использования на Марсе, объединив песок, желатин и дрожжи. В условиях, имитирующих марсианскую атмосферу, была проведена успешная проверка данного материала. Использование данной смеси позволило снизить энергозатраты по сравнению с традиционными методами обработки местного грунта путем нагрева.

Организация обитаемых баз на Марсе представляет собой серьезную задачу. Транспортировка обычных строительных материалов с Земли является крайне дорогостоящим мероприятием из-за существующих ограничений на вес, доставляемый ракетами. В связи с этим инженерам необходимо использовать ресурсы, доступные непосредственно на месте, в первую очередь – каменистый реголит.

В предыдущих исследованиях предлагалось расплавлять марсианскую пыль или обжигать ее для изготовления кирпичей при температуре, превышающей 1000 градусов Цельсия. Такой подход требует применения сложного оборудования и значительных энергетических затрат, которых на другой планете практически нет. Возникла необходимость поиска альтернативных методов строительства в условиях низких температур.

Биологи уже некоторое время рассматривают возможность использования живых организмов для решения этой задачи. Микроорганизмы могут функционировать как микроскопические производственные мощности и скреплять породу при относительно невысоких температурах. До настоящего времени не проводилось точных испытаний, чтобы определить, сможет ли такая смесь затвердеть и сохранить свою прочность в условиях марсианского холода и экстремально низкого давления.

Группа специалистов, объединивших усилия биологов и инженеров, поставила перед собой задачу разработки биобетона на основе имитации марсианского грунта, избегая при этом значительного нагрева. Итоговые данные исследования опубликовали в журнале Chem Circularity.

Основой для создания материала послужило смешение песка с жидким клеем, полученным из свиного желатина, и генетически модифицированных дрожжей пекарного типа. Эти последние были сконструированы таким образом, чтобы они выделяли липкие белковые соединения, структура которых напоминает те, что обеспечивают прочное прикрепление морских мидий к скальным поверхностям.

Далее исследователи поместили полученную смесь в вакуумную камеру и выдавили ее через сопло 3D-принтера, создавая условия, имитирующие климатические особенности другой планеты: давление было снижено до одной сотой от земного, а температура опустилась до -30 °C. В процессе формирования материала вода, присутствующая в смеси, сразу переходила из твердого состояния в пар, минуя жидную фазу. Это приводило к образованию жесткой и пористой структуры.

Проведенные физические испытания подтвердили высокие механические характеристики небольших напечатанных образцов. Сухой материал демонстрировал способность выдерживать давление от 10 до 12 мегапаскалей, что является показателем, сопоставимым с характеристиками обычного бетона. Математическое моделирование позволило установить, что для создания одного кубического метра данного биоматериала требуется от 0,02 до 0,12 гигаджоулей тепловой энергии – это в десятки раз меньше энергозатрат, характерных для традиционных печей, используемых при обжиге грунта.

В ходе эксперимента исследователи подвергли напечатанные элементы разрушению под давлением, после чего вновь смешали полученный порошок с водой. Микроскопические организмы, содержащиеся в застывшем песке, не пострадали от низких температур и отсутствия атмосферы, а лишь перешли в состояние покоя. После добавления воды к пылеобразному материалу, эти микроорганизмы активизировались и начали вырабатывать естественный связующий компонент. В результате материал успешно выдержал четыре этапа повторной обработки без заметной потери своих механических свойств. Вместе с тем остается неясным, как долго жизнеспособность этих организмов сможет поддерживаться в условиях интенсивного воздействия марсианской радиации и значительных колебаний температур на протяжении длительного периода времени.

Авторы научной работы пришли к заключению о том, что технология трехмерной печати с использованием биологических материалов эффективно функционирует в условиях пониженного давления и низких температур. При этом для создания смеси требовались животный желатин и питательные вещества, необходимые для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов, завезенных с Земли. Стоит отметить, что полученный материал имеет пористую структуру, что не позволяет ему удерживать кислород и поддерживать атмосферное давление внутри потенциального жилого помещения; поэтому в конструкции стен потребуется предусмотреть герметичные мембраны.

Ученые представили новаторский метод строительства сооружений в условиях экстремально низких температур и вакуума. Мицелий грибов и животный белок позволили заменить энергоемкие печи. В дальнейшем планируется полностью отказаться от использования компонентов животного происхождения, переложив эту функцию на микроорганизмы.