دانشمندان ماده‌ای برای ساخت‌و‌ساز روی مریخ پیدا کردند


دانش و فناوری

چهارشنبه 9 مهر 1399


!= null? Model.Item1.TitleEn.TitleCorrector():Model.Item1.Title.TitleCorrector()

پلیمر آلی کیتین به‌کمک تغییرات شیمیایی ساده‌ای می‌تواند به ماده‌ی مناسبی برای ساخت ابزارها و سکونت‌گاه‌ها روی سیاره‌ی سرخ تبدیل شود.

دوست‌داران فضا که آرزو دارند روزی روی سیاره‌ی مریخ ساکن شوند، باید با واقعیت آشکار منابع طبیعی محدود این سیاره خصوصا ازنظر مواد ساختمانی روبه‌رو شوند.

گروهی از دانشمندان دانشگاه فناوری و طراحی سنگاپور کشف کردند که با استفاده از شیمی ساده‌ای، پلیمر آلی کیتین (که در اسکلت خارجی حشرات و سخت‌پوستان وجود دارد) می‌تواند به‌سادگی به ماده‌ی ساختمانی بادوامی برای ساخت ابزارهای اساسی و زیستگاه‌ها تبدیل شود. این کار با حداقل انرژی قابل انجام است و به حمل‌ تجهیزات ویژه نیاز ندارد. دانشمندان آزمایش‌های خود را در مقاله‌ای که اخیرا در مجله‌ی PLOS One منتشر شد، شرح داده‌اند. خاویر فرناندز، نویسنده‌ی همکار مقاله گفت: «این فناوری در ابتدا برای ایجاد اکوسیستم‌های مدور در محیط‌های شهری توسعه یافته بود، اما به‌دلیل کارآیی آن، همچنین کارآمدترین و مقیاس‌پذیرترین روش برای تولید مواد در اکوسیستم مصنوعی بسته در محیط دارای منابع بسیار محدود یک سیاره‌ی فاقد حیات یا ماهواره است.»

اخیرا ناسا از برنامه‌‌ی بلندپروازانه‌ی خود برای بازگشت فضانوردان آمریکایی به ماه و ایجاد یک پایگاه دائمی در آنجا خبر داده است و نگاهی نیز به سکونت فضانوردان روی مریخ دارد. علم مواد خصوصا ازنظر تأمین مواد موردنیاز برای ساخت پایگاهی قابل سکونت روی ماه (یا مریخ)، برای موفقیت برنامه آرتمیس (برنامه بازگشت به ماه) بسیار مهم خواهد بود. برای مثال، برای اینکه بتوان از بتن استفاده کرد، به افزودن مقدار زیادی آب نیاز است و هم در ماه و هم در مریخ کمبود موجودی آب وجود دارد. هزینه‌های حمل‌و‌نقل نیز بسیار بالا است. ناسا تخمین می‌زند که بردن ۱ پوند ماده به مدار حدود ۱۰ هزار دلار هزینه دارد.

بنابراین، توجه زیادی به امکان استفاده از مواد موجود روی خود ماه برای ساخت پایگاهی روی ماه وجود داشته است. در پژوهش‌های گذشته، چاپ سه‌بعدی با استفاده از سیمان سورل معرفی شده است که به مقادیر زیادی مواد شیمیایی و آب نیاز دارد و همچنین ماده‌‌ی سنگ‌مانندی پیشنهاد شده است که به‌عنوان مایع چساننده به آب و فسفریک‌اسید نیاز دارد.

در ماه مارس، پژوهشگرانی از کشورهای مختلف در مقاله‌ی خود پیشنهاد کردند که فضانوردانی که می‌خواهند پاپگاهی روی ماه بسازند، می‌توانند از اوره‌ی موجود در ادرار خود به‌عنوان ماده‌ی روان‌ساز برای ایجاد ماده‌ی ساختمانی بتن‌مانندی با استفاده از خاک ماه استفاده کنند. همچون ماه، هر برنامه‌ای که قصد ساخت پایگاه قابل‌سکونتی را روی مریخ داشته باشد، باید از فناوری‌های ساخت‌و‌سازی استفاده کند که در آن از رِگولیت (سنگ‌پوشه) سیاره‌ی سرخ استفاده شود.

نویسندگان مقاله‌ی حاضر خاطرنشان می‌کنند که معمولا بیشتر استراتژی‌های ساخت زمینی به تجهیزات ویژه و مقادیر بالایی از انرژی نیاز دارند. آن‌ها می‌نویسند: «اگرچه طبیعت، استراتژی‌های موفقیت‌آمیزی از سازگاری حیات به محیط‌های سخت ارائه می‌دهد. در موجودات زیستی، ساختارهای محکم با تلفیق پرکننده‌های غیرآلی که با انرژی کمی از محیط گرفته می‌شوند (مانند کلسیم کربنات) و ضمیمه کردن آن به یک ماتریکس آلی (مثل کیتین) که با هزینه‌ی متابولیکی نسبتا پایینی تولید می‌شود، شکل می‌گیرند‌.»

فرناندز و همکارانش معتقدند که احتمالا کیتین بخشی از هر اکوسیستم مصنوعی طراحی شده باشد، زیرا در طبیعت بسیار فراوان است. کیتین ترکیب اصلی فلس‌ ماهی‌ها و دیواره‌های سلولی قارچی و نیز اسکلت خارجی سخت‌پوستان و حشرات است.

البته حشرات قبلا به‌عنوان منبع اصلی پروتئین پایگاه مریخی احتمالی پیشنهاد شده‌اند. نویسندگان نوشتند: «ازآن‌جایی که کیتین حشرات ارزش تغذیه‌ای ناچیزی برای انسان دارد، استخراج آن برای ساخت مواد ساختمانی با تأمین غذا رقابت نمی‌کند یا مانع از آن نمی‌شود. درعوض، محصول جانبی غذا است.»

پژوهشگران برای آزمایش‌های خود از شیمی ساده‌ای استفاده کردند. آن‌ها کیتوسان حاصل از میگو را گرفتند، آن را در استیک اسید (محصول جانبی رایج حاصل‌از تخمیر هوازی و بی‌هوازی) حل کردند و سپس آن را با ماده‌ی معدنی شبیه خاک مریخ مخلوط کردند تا ماده‌ی ساختمانی کیتینی خود را بسازند. آن‌ها ویژگی‌های ماده‌ی حاصل را با ساختن اجسام مختلف آزمایش کردند. یکی از اجسام مذکور آچاری بود که با محکم کردن پیچ شش‌ضلعی مورد آزمایش قرار گرفت. درحالی‌که بعید بود آچار بتواند جایگزین ابزارهای فلزی برای کاربردهای فضایی مهم شود، به‌اندازه‌ی کافی محکم بود که بتواند در کارهای روزمره‌ی کوچک مورد استفاده قرار گیرد.

پژوهشگران در مرحله‌ی بعد، سعی کردند مواد را در هندسه‌های مختلف مانند مکعب، استوانه و موارد دیگر قالب‌گیری کنند تا به روش ساخت افزایشی، ویژگی‌های آن‌ها را به‌عنوان ماده‌ی ساختمانی مورد بررسی قرار دهد. دانشمندان همچنین نشان دادند که می‌توان از بیولیت (سنگ‌زیست) به‌عنوان ملات موقت استفاده کرد تا حفره‌ی کوچکی در یک لوله ایجاد کرد. لوله به‌مدت چندین هفته نشتی نداشت. درنهایت، آن‌ها یک مدل چاپ سه‌بعدی شده‌ی کامل از طرحی برای یک زیستگاه مریخی ساختند که ساخت آن کمتر از دو ساعت زمان برد.

پژوهشگران نتیجه‌گیری کردند که نتایج آن‌ها نشان می‌دهد اجرای چنین راه‌حل‌های حلقه‌بسته و دارای ضایعات صفر روی مریخ امکان‌پذیر است. فرناندز گفت: «فناوری ساخت الهام‌گرفته از حیات و مواد پایدار، جایگزین پلیمرهای مصنوعی نیست، اما الگوی جدیدی را تعریف می‌کند و به ما این امکان را می‌دهد تا کارهایی انجام دهیم که با مواد مصنوعی غیرممکن است. ما نشان داده‌ایم که آن‌ها نه‌تنها برای پایداری ما روی زمین حیاتی هستند، بلکه ازنظر یکی از بزرگ‌ترین دستاوردهای آینده‌ی بشریت نیز مهم هستند: تبدیل انسان به گونه‌ای بین‌سیاره‌ای.»

منبع : zoomit