جامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا تطور مواد بناء جديدة قائمة على الخميرة لمواجهة تحديات البناء في بيئة المريخ القاسية

إذا تمكن البشر يومًا من بناء موطن لهم على كوكب المريخ، فقد تصبح الخميرة أحد أهم عناصر قائمة التعبئة. هذا هو الاستنتاج الذي توصلت إليه دراسة جديدة أجرتها جامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا، حيث كشف الباحثون عن وصفة حيوية جديدة تُستخدم للطباعة ثلاثية الأبعاد لمساحات المعيشة على الكوكب الأحمر. تم تصميم هذه المادة القابلة للطباعة والقائمة على أساس حيوي لتكون مناسبة للبناء على المريخ.

من المعروف أن بناء موطن على المريخ يمثل تحديًا هائلاً. فجوّه شبه خاوٍ، وإشعاعه قاتل، ودرجات حرارته تنخفض إلى مستويات مروعة. من الناحية الاقتصادية، من المستحيل تحمل تكاليف نقل مواد بناء ثقيلة مثل الفولاذ أو الخرسانة عبر ملايين الأميال في الفضاء العميق. في السابق، اقترحت معظم الاقتراحات استخدام درجات حرارة عالية جدًا لصهر تربة المريخ إلى طوب، لكن هذا يتطلب كميات هائلة من الطاقة، وهو ما سيعوزه المستعمرون الأوائل. الآن، يتساءل المهندسون المدنيون، مثل كيو كيشين وفريقه، عما إذا كان بإمكان المهندسين استخدام مناخ المريخ القاسي بدلاً من محاربته.

إلهام وإنتاج المادة الجديدة

يقول كيو كيشين: "استلهمت فكرتي من حقيقة أن الفواكه المجمدة المجففة تصبح أكثر صلابة." مناخ المريخ يشبه "مجفف تجميد طبيعي". فالبرودة التي تقل عن الصفر وضغط الهواء الضئيل يجعل الجليد يتصاعد مباشرة إلى بخار ماء دون أن يذوب. استخدم كيشين الرمل والغراء الحيوي (الجيلاتين والخميرة المهندسة) لإنشاء مادة قابلة للطباعة. استخدم الفريق بروتينًا لاصقًا مستوحى من بلح البحر لتغليف الخميرة. يجمع الجيلاتين الخليط معًا ويغذي الخلايا النامية، بينما يوفر الرمل الكتلة الهيكلية.

أثناء الطباعة في ظروف محاكاة المريخ، يجمد الجو البارد والفراغ الخليط الرطب على الفور. يتحول الجليد مباشرة إلى بخار ماء، مما يشكل رغوة خفيفة ومسامية. حاليًا، ينتج الفريق هياكل اختبار بحجم سدادة زجاجة تقريبًا. على الرغم من أن هذه الهياكل صغيرة الحجم، إلا أن قوتها وصلت إلى مستوى الخرسانة منخفضة القوة. أظهرت الاختبارات أن مقاومة الانضغاط لهذه المادة الحيوية يمكن أن تصل إلى 10 إلى 12 ميغا باسكال. "لذا، فإن هذا كافٍ في الواقع لبناء مبنى من طابق واحد أو طابقين على الأرض، لأن جاذبية الأرض أكبر بثلاث مرات من جاذبية المريخ"، كما يقول كيشين.

"لذا، قد تتمكن من بناء مبانٍ متعددة الطوابق بسهولة على المريخ باستخدام هذه المادة."

إمكانيات النظام البيئي

مع ذلك، لا يزال هناك حاجة لمزيد من البحث. تستخدم معظم تصورات البناء في الفضاء حرارة عالية جدًا لصهر الصخور المحلية لصنع الطوب، وهذا يستهلك كميات هائلة من الطاقة. تتغلب هذه الطريقة الحيوية على الحاجة إلى المعالجة الحرارية العالية وتخلق نظامًا صديقًا للبيئة. عندما لا يعود المبنى مطلوبًا، يمكن للمستعمرين تفكيكه، وجمع خلايا الخميرة الحية، وإعادة تربيتها في مفاعل حيوي. بالطبع، لا تزال التحديات قائمة. لا يزال على العلماء إثبات أن الخميرة يمكن أن تعيش في الإشعاع الحقيقي والضغط الجوي للمريخ. كما أن المشاريع المبكرة ستحتاج إلى نقل مئات الأطنان من المواد الخام من الأرض قبل أن يبدأ الإنتاج المحلي الكامل.

ومع ذلك، فإن العلم الأساسي قابل للتطبيق. يقول كيشين: "دائمًا ما أسأل نفسي: هل هناك أي قوانين فيزيائية أو آليات أساسية تمنعنا من القيام بذلك؟" ويضيف: "حاليًا، لا أرى أي قيود. نحن واثقون من قدرتنا على توسيع الإنتاج. إذا لم تكن مواد هندسة المريخ المستقبلية متنوعة مثل مواد هندسة الأرض، فسيكون ذلك مفاجئًا بالنسبة لي، وبالتأكيد ستساهم البيولوجيا."

يبدو أن البيولوجيا قد تكون خريطة طريق للبقاء على كواكب أخرى. على الرغم من أن الخميرة هو فطر وحيد الخلية، إلا أن فطره الشبيه بالخيوط (المشروم) يلعب دورًا محوريًا في مشروع Mycotecture Off-Planet في مركز أبحاث ناسا Ames. يقوم العلماء بزراعة جذور الفطر (الخيوط الفطرية) حول تربة المريخ المحاكاة والنفايات العضوية. بعد الخبز والسد، تشكل هذه الهياكل النامية مواد بناء خفيفة الوزن ومقاومة للحريق وواقية من الإشعاع. تم نشر النتائج ذات الصلة في 10 سبتمبر في مجلة Chem Circularity.

آفاق مواد البناء القائمة على الخميرة

توضح هذه الدراسة الإمكانات الكبيرة لتطبيق المواد الحيوية في البيئات القاسية، خاصة في بناء المريخ. إن تكاليف نقل مواد البناء التقليدية مرتفعة للغاية، بينما يمكن لمواد البناء الجديدة القائمة على الخميرة استخدام الموارد المحلية، مما يقلل من استهلاك الطاقة. هذا لا يتوافق فقط مع مفهوم الاستدامة، بل يوفر أيضًا حلولًا أكثر مرونة للبناء في استكشاف الفضاء في المستقبل. على الرغم من أنه لا يزال يتعين حل مشكلة بقاء الخميرة في بيئة المريخ، إلا أن هذا الابتكار يوفر إمكانيات جديدة للبشر لبناء موطن لهم على كواكب أخرى.