![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png)
Материаловеды университета Манчестера решили учесть все доступные будущим поселенцам на Луне и Марсе ресурсы и предложили использовать в качестве строительного материала смешанные с реголитом биологические вещества из человеческого организма.

Из моделированного внеземного грунта удалось получить связанные человеческим белком биокомпозиты, поддающиеся 3D-печати. В статье в Materials Today Bio представлено несколько изготовленных таким методом деталей, которые выдержали сжатие более чем на 300 процентов.

Астрономы уже примерно понимают, куда человек мог бы переселиться с Земли. Это могут быть похожие на Землю «каменные» экзопланеты в пригодной для жизни зоне своей звезды. На расстоянии до 10 парсек от Земли может быть несколько таких планет (по некоторым расчётам — по крайней мере четыре). Более реалистичные цели — Луна и Марс. Для долгосрочных пилотируемых полётов или для переезда туда на ПМЖ необходимо обеспечить астронавтов недвижимостью: нужна защита от космического излучения, солнечного ветра и ударов микрометеоритов в условиях, когда магнитосферы и атмосферы планеты для этого недостаточно. Перевозка с Земли строительных материалов и инвентаря обойдётся нереально дорого, что делает такие проекты на сегодня нереализуемыми. Поэтому переселенцам придётся использовать местные ресурсы, в первую очередь — реголит в качестве основного материала для защиты от радиации и метеоров. Но рыхлый марсианский реголит, который представляет собой фактически слежавшуюся пыль, на роль стройматериала подходит плохо. Нужно найти способ стабилизировать его структуру и сделать его устойчивым к эрозии под действием излучения и марсианских ветров скоростью до сотен километров в час. Кроме того, желательно приспособить полученный материал для 3D-печати, которая, весьма вероятно, станет единственным реалистичным способом строительства жилья в этих условиях.

Реголит легко превратить в аналог бетона: он хорошо соединяется с различными связующими материалами. Но и тут актуальна та же проблема доставки последних. Поэтому планетологи продолжают исследовать внеземную базу материалов для использования в строительстве. Так, недавно сингапурские исследователи добавили в «марсианский» грунт хитозан — вещество, которое можно получить из экзоскелетов насекомых и ракообразных. На 3D-принтере из этого материала удалось напечатать несколько деталей и инструментов, например, макет дома и гаечный ключ. Поскольку в полёт всё равно придётся везти продукты питания для астронавтов, насекомые, кроме источника белка, могли бы стать и строительным материалом.
Однако материаловеды пока что обращали меньше внимания на материалы, которые несут на себе (вернее, в себе) и «изготавливают» сами астронавты и которые по определению будут доступны для любой пилотируемой миссии. На протяжении тысячелетней истории строительства человечество уже использовало в качестве клея смолу деревьев, казеин из сыра и коллаген из копыт животных. Поэтому исследователи решили попробовать «сырьё» из организма человека — буквально «Blood, sweat and tears» («кровь, пот и слёзы» астронавтов), как иронично назвали авторы свою статью, вышедшую в сентябре 2021 года в Materials Today Bio. В качестве материалов использовали сывороточный альбумин, кератин из волос и ногтей, коллаген из кожи, а также мочевину в качестве природного клея, который позволит реголиту наконец получить необходимые конструкционные качества.

Использовать такое жильё, по мнению исследователей, будет дёшево и безопасно. Обработка и использование человеческих ресурсов не представляет каких-то особых технологических сложностей, наоборот, она может дополнить экосистему будущей внеземной колонии. Смешав в лаборатории имитацию реголита с альбумином, кератином и мочевиной, исследователи смогли быстро напечатать несколько деталей на струйном 3D-принтере при температуре всего 65 °C. В отличие от других предложенных технологий производства связующих материалов на месте, этот способ даёт возможность обойтись без сложного оборудования. Например, в случае поломки некоего высокотехнологичного устройства при необходимости консультации с Землёй ждать ответа придётся 44 минуты, и затем — ещё до 26 месяцев ожидать доставки запасных частей (полёт на Марс продолжается около 8 месяцев, но благоприятное окно запуска для старта открывается примерно раз в два года, когда Земля и Марс имеют удачное взаимное расположение на своих орбитах).

По расчётам, в литре плазмы крови человека содержится достаточно сывороточного альбумина для изготовления 30 граммов клея для реголита. Если астронавты будут сдавать кровь два раза в неделю, каждый из них сможет таким образом произвести в месяц два с половиной килограмма материала — то есть на один стандартный кирпич из красной глины. Готовый материал продемонстрировал прочность на сжатие 25 мегапаскалей; при добавлении мочевины он выдерживает до 40 МПа и сжатие более чем на 300 процентов. Земной бетон обладает прочностью на сжатие в диапазоне от 20 до 32 МПа.

Также авторы отмечают экологичность материала — он поддаётся и повторной переработке, и утилизации. Синтетические полимеры и смолы в качестве связующих веществ, используемых на Земле, являются причиной выбросов почти 8% углекислого газа в атмосферу. Поэтому такой метод можно было бы в принципе использовать и для земного строительства, тем более что такой биологический материал на Земле можно синтезировать искусственно. На следующем этапе исследований предполагается заручиться поддержкой врачей и определить, как пребывание вне Земли повлияет на организм астронавтов с учётом экстремальных тепловых циклов, высокой радиации и низких давлений. В контексте этих исследований основным вопросом станет оценка, сколько «строительной» плазмы можно будет извлечь из их крови без риска для здоровья.
Ссылка на источник

Из моделированного внеземного грунта удалось получить связанные человеческим белком биокомпозиты, поддающиеся 3D-печати. В статье в Materials Today Bio представлено несколько изготовленных таким методом деталей, которые выдержали сжатие более чем на 300 процентов.

Астрономы уже примерно понимают, куда человек мог бы переселиться с Земли. Это могут быть похожие на Землю «каменные» экзопланеты в пригодной для жизни зоне своей звезды. На расстоянии до 10 парсек от Земли может быть несколько таких планет (по некоторым расчётам — по крайней мере четыре). Более реалистичные цели — Луна и Марс. Для долгосрочных пилотируемых полётов или для переезда туда на ПМЖ необходимо обеспечить астронавтов недвижимостью: нужна защита от космического излучения, солнечного ветра и ударов микрометеоритов в условиях, когда магнитосферы и атмосферы планеты для этого недостаточно. Перевозка с Земли строительных материалов и инвентаря обойдётся нереально дорого, что делает такие проекты на сегодня нереализуемыми. Поэтому переселенцам придётся использовать местные ресурсы, в первую очередь — реголит в качестве основного материала для защиты от радиации и метеоров. Но рыхлый марсианский реголит, который представляет собой фактически слежавшуюся пыль, на роль стройматериала подходит плохо. Нужно найти способ стабилизировать его структуру и сделать его устойчивым к эрозии под действием излучения и марсианских ветров скоростью до сотен километров в час. Кроме того, желательно приспособить полученный материал для 3D-печати, которая, весьма вероятно, станет единственным реалистичным способом строительства жилья в этих условиях.

Деталь из биокомпозита на основе «марсианского» реголита, изготовленная методом 3D-печати и её испытания на сжатие
Реголит легко превратить в аналог бетона: он хорошо соединяется с различными связующими материалами. Но и тут актуальна та же проблема доставки последних. Поэтому планетологи продолжают исследовать внеземную базу материалов для использования в строительстве. Так, недавно сингапурские исследователи добавили в «марсианский» грунт хитозан — вещество, которое можно получить из экзоскелетов насекомых и ракообразных. На 3D-принтере из этого материала удалось напечатать несколько деталей и инструментов, например, макет дома и гаечный ключ. Поскольку в полёт всё равно придётся везти продукты питания для астронавтов, насекомые, кроме источника белка, могли бы стать и строительным материалом.
Однако материаловеды пока что обращали меньше внимания на материалы, которые несут на себе (вернее, в себе) и «изготавливают» сами астронавты и которые по определению будут доступны для любой пилотируемой миссии. На протяжении тысячелетней истории строительства человечество уже использовало в качестве клея смолу деревьев, казеин из сыра и коллаген из копыт животных. Поэтому исследователи решили попробовать «сырьё» из организма человека — буквально «Blood, sweat and tears» («кровь, пот и слёзы» астронавтов), как иронично назвали авторы свою статью, вышедшую в сентябре 2021 года в Materials Today Bio. В качестве материалов использовали сывороточный альбумин, кератин из волос и ногтей, коллаген из кожи, а также мочевину в качестве природного клея, который позволит реголиту наконец получить необходимые конструкционные качества.
Фразу «Blood, sweat and tears» обычно связывают со знаменитым высказыванием из речи Черчилля 1940 года, хотя она вошла в обиход гораздо раньше. Она была в ходу уже в первой половине XIX века, как минимум она встречается в проповеди уэльского священника того времени, и не исключено, что этот оборот речи ещё старше. Само выражение, вероятно, является отсылкой на фразу из Евангелия в английском переводе Библии Короля Якова 1610 года.

Обложка музыкального альбома «Blood, Sweat & Tears» (1969 г.) одноимённой американской рок-группы
Использовать такое жильё, по мнению исследователей, будет дёшево и безопасно. Обработка и использование человеческих ресурсов не представляет каких-то особых технологических сложностей, наоборот, она может дополнить экосистему будущей внеземной колонии. Смешав в лаборатории имитацию реголита с альбумином, кератином и мочевиной, исследователи смогли быстро напечатать несколько деталей на струйном 3D-принтере при температуре всего 65 °C. В отличие от других предложенных технологий производства связующих материалов на месте, этот способ даёт возможность обойтись без сложного оборудования. Например, в случае поломки некоего высокотехнологичного устройства при необходимости консультации с Землёй ждать ответа придётся 44 минуты, и затем — ещё до 26 месяцев ожидать доставки запасных частей (полёт на Марс продолжается около 8 месяцев, но благоприятное окно запуска для старта открывается примерно раз в два года, когда Земля и Марс имеют удачное взаимное расположение на своих орбитах).

Схема безотходного производства строительных материалов с использованием биоресурсов
По расчётам, в литре плазмы крови человека содержится достаточно сывороточного альбумина для изготовления 30 граммов клея для реголита. Если астронавты будут сдавать кровь два раза в неделю, каждый из них сможет таким образом произвести в месяц два с половиной килограмма материала — то есть на один стандартный кирпич из красной глины. Готовый материал продемонстрировал прочность на сжатие 25 мегапаскалей; при добавлении мочевины он выдерживает до 40 МПа и сжатие более чем на 300 процентов. Земной бетон обладает прочностью на сжатие в диапазоне от 20 до 32 МПа.

«Марсианские» и «лунные» биокомпозитные материалы
Также авторы отмечают экологичность материала — он поддаётся и повторной переработке, и утилизации. Синтетические полимеры и смолы в качестве связующих веществ, используемых на Земле, являются причиной выбросов почти 8% углекислого газа в атмосферу. Поэтому такой метод можно было бы в принципе использовать и для земного строительства, тем более что такой биологический материал на Земле можно синтезировать искусственно. На следующем этапе исследований предполагается заручиться поддержкой врачей и определить, как пребывание вне Земли повлияет на организм астронавтов с учётом экстремальных тепловых циклов, высокой радиации и низких давлений. В контексте этих исследований основным вопросом станет оценка, сколько «строительной» плазмы можно будет извлечь из их крови без риска для здоровья.
Автор: Сергей Шапиро
Ссылка на источник