“Татуирани” сгради борят климатичните промени
- Архибиомната рисунка е иновационна технология с култивирани бактерии, които могат да променят ролята на стените
- Микроорганизмите в живите мастила се подбират чрез геномни модели на метаболизма
Нарисуваните стени по сградите отдавна не са новост. Макар и приятни за окото, те все по-рядко могат да изненадат някого. Но когато рисунката е направена от специално селектирани микроби, това вече звучи интригуващо.
Точно такава е идеята на няколко европейски иноватори, обединени в проекта REMEDY – да “татуират” сградите с живи микроорганизми. Те работят върху създаването на живи мастила, съставени от полезни микроби, както и на технология, с която да ги полагат върху стените.
При татуирането върху кожа мастилото прониква дълбоко под повърхностния слой. Това гарантира необратимост на резултата, защото веднъж стигнало в по-долните слоеве под епидермиса, то трудно може да бъде премахнато оттам. Нещо подобно замислят иноваторите от REMEDY, само че върху стените на нови или съществуващи сгради. За разлика от мастилените рисунки върху тялото, стената ще се инжектира с мастило, базирано на микроби. За целта ще се използва модифициран метод на мастиленоструен печат.
Всъщност не става дума за обикновени микроби, а за
специално селектирани “инженерни живи материали”,
които могат тотално да преоценят функцията на декоративните бои за рисуване, прилагани понякога в строителството. “Като използват авангардни изследвания в микробиологията и синтетичната биология, ще разработим производство на персонализирани архитектурни решения. Те ще включват проектиране на микробни групи за повишаване на устойчивостта към патогенни микроорганизми, подпомагане на производството на кислород и улавянето на въглерод, както и възможност за биоремедиация.” Така изследователите от Словения, Австрия, Нидерландия и Словакия описват идеята, която ще бъде финансирана с близо 3 млн. евро за 4 години от Европейския иновационен съвет - European Innovation Council (EIC).
За разлика от обикновените татуировки, целта на тези с живи инженерни материали е да имат и функционални аспекти – например да правят повърхностите устойчиви на патогени, да им помагат да улавят въглерод или да произвеждат кислород. Последните две предимства могат да се постигнат, като се използват популации от водорасли или цианобактерии, които чрез фотосинте за превръщат слънчевата светлина и въглеродния двуокис в кислород, обяснява проф. Том Елис от Imperial College London пред научния журнал Professional Engineering, издаван от британския Институт за механично инженерство. Елис от години следи темата за така наречените инженерни живи материали (engineered living materials - ELMs).
Иноваторите от REMEDY наричат своята технология архибиомна татуировка. Те са уверени, че тя ще може да се прилага както на нови, така и на съществуващи външни стени на сгради.
Живите микробни мастила, които са частично или изцяло изработени от живи клетки, ще действат подобно на пробиотичните продукти, предназначени за грижа за кожата, обясняват иноваторите.
Архитектурният “балсам” ще бъде базиран на специално разработени микробни консорциуми, които ще създадат полезен микробиом. “Ще използваме най-новите метагеномни инструменти, за да оценим функционалността на създадените микробни групи на всяка стъпка от разработването на живите мастила. Ще бъде приложен анализ за прогнозиране на комбинации от микроорганизми въз основа на геномно-мащабни модели на метаболизма. Модели за машинно обучение ще бъдат внедрени за прогнозен анализ на моделите на растеж и структурните резултати, предоставяйки информация за по-нататъшно оптимизиране на формулите на мастилата и параметрите на печат”, обясняват иноваторите.
Те въвеждат термини като “метаболитно мислене в кръговата строителна индустрия” и “пробиотична архитектура”. “Ще променим начина, по който възприемаме, преживяваме, разбираме, проектираме, използваме и трансформираме материалите”, обещават учените.
Проф. Елис смята, че те са на прав път. “Биологията е много добра в усещането на околната среда и записването и използването на тази информация. Представете си сценарий, при който жива стена би могла да реагира на нивата на газ или замърсители в околната среда и да записва тази информация”, казва Елис.
Ученият дава за пример лишеите, които могат да растат на почти всяка повърхност за дълги периоди от време. “Представете си, ако те са били специално подбрани, за да променят цвета си и да реагират на явления като топлинен стрес”, казва проф. Елис. Благодарение на подобна чувствителност може да се разбере кога сградите са подложени на такъв стрес. Футуристичната мисъл на британския учен чертае още по-смел сценарий – сградата да може да
променя цвета си по начин, който намалява топлинния стрес
Експертът е оптимист, че след 50 г. технологията, която сега звучи футуристично, може да стане част от всяко ново строителство.
Засега всичко е в лабораториите. Учени от Университета в Любляна, водени от микробиолога Нина Гунде-Цимерман, подбират специфични микробни групи и смесват бактерии, гъбички, а понякога и водорасли, които могат да съществуват едновременно, да издържат на открито и да обслужват определени цели.
Едно от най-важните неща, които преследват учените, е живите татуировки да играят ролята на сензор, който може да улови въглеродния двуокис и други замърсители. “Целта е да се създаде полезен микробиом за сгради, който е устойчив на патогенни микроби и сам по себе си ремонтира повърхностни пукнатини”, казва Карол Планчет от Технологичния университет в Грац, цитирана от портала за наука ZME Science.
За полагане на бактериалното мастило може да се използва технология, подобна на мастиленоструйните принтери.
“Избрахме мастиленоструен печат, защото ни позволява да нанасяме живото мастило много прецизно, контролирано и бързо едновременно”, каза Планчет.
За да осъществи замисъла, екипът работи с няколко компании. Целта е да се създадат принтери, които могат да обработват биологично активно мастило с микрометров мащаб. “За да накараме микробите да оцелеят в процеса на печат, да се прилепят към различни повърхности и да останат активни във времето, ще са нужни много опити”, казва Планчет. Един от важните въпроси, на които трябва да се търси отговор, е как живите повърхности ще си взаимодействат с водата, смята проф. Елис.
Като начало учените мислят за малки строителни татуировки - мастилено-струен печат върху керемиди например. Потенциалът обаче е очевиден – за разлика от слънчевите панели, биологичните системи могат да растат, да се адаптират, да се самовъзстановяват и да не се нуждаят от допълнителна повърхност, а да използват стените, които вече са създадени.
Това не е първият път, в който учени се обръщат към биологията, за да търсят решение на екологични проблеми, предизвикани от строителството. Миналата година изследователи от американския щат Монтана съобщиха в научното издание Cell Reports Physical Science, че са напът да отгледат нов вид строителен материал, който се култивира от живи организми. За целта иноваторите използват “скелета” от гъбичен мицел, които се минерализират с помощта на бактерии. Надеждата им е да получат самовъзстановяващи се живи материали, които издържат поне месец, а след усъвършенстване – и много по-дълго.
Екипът използва гъбата Neurospora crassa, известна с бързорастящия си мицел, който образува плътна мрежа, подобна на скеле, което може да поддържа други живи клетки.
Освен гъбички изследователите въвеждат и бактерията Sporosarcina pasteurii, известна със способността си да превръща уреята в карбонат.
Новият материал засега показва доста предимства пред хидрогеловете, които са склонни да се срутват или изсъхват бързо. Той може лесно да се оформя и моделира, но учените са наясно, че все още не е открит материал, който е толкова издръжлив и здрав, че да замести цимента.
Доскоро повечето опити за създване на инженерни материали с помощта на живи организми удряха на камък. Макар че се появиха съобщения за тухли на основата на гъби, самовъзстановяващ се бетон и синтетични лишеи, учените са наясно, че все още има огромни пречки за преодоляване, преди да се случи микробната революция в архитектурата. Живите материали умират бързо или не могат да съществуват в реални структури. Най-новите разработки обаче дават надежда. “Надявам се от всички нови сгради, които ще се строят след 50 години, да се очаква да имат положителен отпечатък върху околната среда и това да бъде ключова част от всяко ново строителство”, казва проф. Елис.