رفع ترک در آجرهای فضایی با باکتری

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان مؤسسه علوم هند (IISc) روشی مبتنی بر باکتری را برای ترمیم آجر‌ها ابداع کرده‌اند که در صورت آسیب دیدن آجر‌ها در محیط خشن ماه، می‌توان از آنها برای ساختن زیستگاه‌های ماه استفاده کرد.

سفر‌های ماه آینده دیگر فقط به عنوان مأموریت‌های پروازی برنامه ریزی نمی‌شوند. برای مثال، برنامه آرتمیس ناسا به دنبال ایجاد یک زیستگاه دائمی در ماه است. برای کاهش هزینه ها، به جای حمل مواد از زمین، فضانوردان باید از خاک ماه به وفور در دسترس یا "رگولیت" - مخلوط پیچیده‌ای از کانی‌ها و سنگ‌های شکسته - برای ساختن سازه‌ها در محل استفاده کنند.

چند سال پیش، محققان دپارتمان مهندسی مکانیک (ME)، IISc تکنیکی را توسعه دادند که از یک باکتری خاک به نام Sporosarcina pasteurii برای ساخت آجر از شبیه‌ساز‌های خاک ماه و مریخ استفاده می‌کند. این باکتری اوره و کلسیم را به کریستال‌های کربنات کلسیم تبدیل می‌کند که همراه با صمغ گوار، ذرات خاک را به هم می‌چسبانند و مواد آجر مانند را ایجاد می‌کنند. این فرآیند یک جایگزین سازگار با محیط زیست و کم هزینه برای استفاده از سیمان است.

متعاقباً، این تیم زینترینگ را نیز مورد بررسی قرار داد - حرارت دادن مخلوط فشرده‌ای از شبیه‌ساز خاک و پلیمری به نام پلی وینیل الکل تا دمای بسیار بالا - برای ایجاد آجر‌های بسیار قوی‌تر. آلوکه کومار، دانشیار دانشگاه ME و نویسنده مسئول این مطالعه توضیح می‌دهد: «این یکی از روش‌های کلاسیک ساخت آجر است. این آجر‌ها را با استحکام بسیار بالا می‌سازد، حتی برای خانه‌های معمولی نیز کافی نیست.» تف جوشی فرآیندی است که به راحتی مقیاس پذیر است - چندین آجر را می‌توان همزمان در یک کوره ساخت.

اما سطح ماه بسیار خشن است - دما می‌تواند از ۱۲۱ درجه سانتیگراد به -۱۳۳ درجه سانتیگراد در یک روز تغییر کند و دائماً توسط باد‌های خورشیدی و شهاب سنگ‌ها بمباران می‌شود. این می‌تواند باعث ایجاد ترک در این آجر‌ها و تضعیف سازه‌های ساخته شده با استفاده از آنها شود.

کوشیک ویسواناتان، دانشیار دانشگاه ME، یکی از نویسندگان این مقاله توضیح می‌دهد: تغییرات دما می‌تواند در سطح ماه بسیار چشمگیرتر باشد، که در یک دوره زمانی می‌تواند تأثیر قابل توجهی داشته باشد. آجر‌های متخلخل شکننده هستند. اگر ترک داشته باشید و رشد کند، کل ساختار به سرعت می‌تواند از هم بپاشد. 

برای حل این مشکل، تیم بار دیگر به سراغ باکتری‌ها رفت. در یک مطالعه جدید، آنها انواع مختلفی از عیوب مصنوعی را در آجر‌های متخلخل ایجاد کردند و دوغاب ساخته شده از S. pasteurii، صمغ گوار و خاک مشابه ماه را در آنها ریختند. طی چند روز، دوغاب به عیوب نفوذ کرد و باکتری کربنات کلسیم تولید کرد که آنها را پر کرد. این باکتری همچنین پلیمر‌های زیستی تولید کرد که به‌عنوان چسب‌هایی عمل می‌کردند که به شدت ذرات خاک را با ساختار آجری باقی‌مانده متصل می‌کردند و در نتیجه بسیاری از استحکام از دست رفته آجر را بازیابی می‌کردند. این فرآیند می‌تواند نیاز به جایگزینی آجر‌های آسیب دیده با آجر‌های جدید را از بین ببرد و طول عمر سازه‌های ساخته شده را افزایش دهد.

کومار می‌گوید: ما در ابتدا مطمئن نبودیم که باکتری‌ها به آجر متخلخل می‌چسبند یا خیر. اما ما متوجه شدیم که باکتری‌ها نه تنها می‌توانند دوغاب را جامد کنند، بلکه به خوبی به این توده دیگر نیز می‌چسبند. آجر‌های تقویت شده همچنین قادر به تحمل دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد تا ۱۷۵ درجه سانتیگراد بودند.

وی افزود: یکی از سؤالات بزرگ درباره رفتار این باکتری‌ها در شرایط فرازمینی است. آیا ماهیت آنها تغییر خواهد کرد؟ آیا آنها [تولید کربنات]را متوقف خواهند کرد؟ این چیز‌ها هنوز ناشناخته هستند. 

این تیم در حال حاضر روی پیشنهادی کار می‌کند تا نمونه‌ای از S. pasteurii را به عنوان بخشی از ماموریت Gaganyaan به فضا بفرستد تا رشد و رفتار آنها را تحت ریزگرانش آزمایش کند. ویسواناتان می‌گوید: «تا آنجا که می‌دانیم، اگر این اتفاق بیفتد، اولین آزمایش در نوع خود با این نوع باکتری خواهد بود.»

مرجع:

Gupta N، Kulkarni R، Naik AR، Viswanathan K، Kumar A، سیمان زیستی باکتریایی می‌تواند آجر‌های فضایی را تعمیر کند، مرز‌ها در فناوری‌های فضایی (۲۰۲۵).

https://www.frontiersin.org/journals/space-technologies/articles/۱۰.۳۳۸۹/frspt.۲۰۲۵.۱۵۵۰۵۲۶/full