Bild: https://engineering.tamu.edu
Kaitlyn Johnson/Texas A&M Engineering
Jin är biträdande professor i programmet för
tillverknings- och maskinteknik vid Institutionen för ingenjörsteknik och
industriell distribution vid Texas A&M University. Hennes forskarkollegor är från University of Nebraska-Lincoln är Dr. Richard Wilson, Nisha Rokaya och
Erin Carr.
Dessa har tillsammans arbetat i åratal med försök med biotillverkning av konstruktioner bestående av levande material och har utvecklat ett syntetiskt lavsystem som kan bilda byggmaterial utan inblandning utifrån. Deras senaste studie, finansierad av NASA:s Innovative Advanced Concepts-program och nyligen publicerad i Journal ofManufacturing Science and Engineering, beskrivs tillämpning i forskning på autonoma konstruktioner till strukturer på Mars, med hjälp av planetens regolit (jord) som innehåller damm, sand och sten.
– Vi kan
bygga ett syntetiskt samhälle genom att efterlikna naturliga lavar, förklarar
Jin. – Vi har utvecklat ett sätt att bygga dessa syntetiska lavar för att skapa
biomaterial som limmar fast marsianska regolitpartiklar till strukturer. Sedan,
genom 3D-utskrift, kan ett brett spektrum av strukturer tillverkas, såsom
byggnader, hus och möbler.
Även om mikrobkonstruerad självodlingsteknik är
mycket lovande är de nuvarande metoderna inte helt autonoma eftersom de
mikrober som används är begränsade till en enda art eller stam vilket innebär
att deras överlevnadsförmåga kräver en kontinuerlig tillförsel av näringsämnen
vilket innebär att extern tillförsel av detta behövs. Bristen på arbetskraft på
Mars är också utmanande.
För att lösa detta problem har Jins team därför utvecklat en helt autonom självodlande teknik genom att designa ett syntetiskt samhälle som utnyttjar fördelarna av flera arter. Detta system eliminerar behovet av extern tillförsel av näringsämnen. Designen använder heterotrofa filamentösa svampar som producenter av bindematerial eftersom de kan främja stora mängder biomineraler och överleva tuffa förhållanden mycket bättre än heterotrofa bakterier. Dessa svampar paras ihop med fotoautotrofa diazotrofa cyanobakterier för att skapa det syntetiska lavsystemet.
Hur fungerar det? Jo, de diazotrofa cyanobakterierna
fixerar koldioxid och dikväve från atmosfären och omvandlar dem till syre och
organiska näringsämnen för att hjälpa överlevnad och tillväxt av filamentösa
svampar och öka koncentrationen av karbonatjoner genom fotosyntetiska
aktiviteter. De filamentösa svamparna binder metalljoner på svampens cellväggar
och fungerar som kärnbildningsplatser för biomineralproduktion, samt förbättrar
tillväxten av cyanobakterier genom att förse dem med vatten, mineraler och
koldioxid. Båda komponenterna utsöndrar biopolymerer som förbättrar
vidhäftningen och sammanhållningen mellan Mars regolit och utfällda partiklar
för att skapa en konsoliderad kropp.
Systemet växer med hjälp av endast marsiansk
regolitsimulator, luft, ljus och ett oorganiskt flytande medium. Med andra ord
behövs ingen arbetskraft. Nästa steg i projektet, som redan är igång, är att
skapa regolitbläck för att skriva ut biostrukturer med hjälp av
3D-utskriftstekniken för direkt bläckskrivning.
