Η χιτίνη θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή εργαλείων και οικοτόπων στον Άρη, σύμφωνα με μελέτες
Η διαδικασία κατασκευής θα απαιτούσε ελάχιστη ενέργεια και χωρίς εξειδικευμένο εξοπλισμό.Οι λάτρεις του διαστήματος που ονειρεύονται μια μέρα να αποικίσουν τον Άρη πρέπει να αντιμετωπίσουν την έντονη πραγματικότητα των περιορισμένων φυσικών πόρων του πλανήτη, ιδιαίτερα όταν πρόκειται για οικοδομικά υλικά. Μια ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας και Σχεδιασμού της Σιγκαπούρης ανακάλυψε ότι, χρησιμοποιώντας απλή χημεία, το οργανικό πολυμερές χιτίνη the organic polymer chitin - που περιέχεται στους εξωσκελετούς εντόμων και καρκινοειδών - μπορεί εύκολα να μετατραπεί σε βιώσιμο δομικό υλικό για βασικά εργαλεία και ενδιαιτήματα. Αυτό θα απαιτούσε ελάχιστη ενέργεια και καμία ανάγκη μεταφοράς εξειδικευμένου εξοπλισμού. Οι επιστήμονες περιέγραψαν τα πειράματά τους σε μια πρόσφατη εργασία που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό PLOS ONE.
"Η τεχνολογία αναπτύχθηκε αρχικά για τη δημιουργία κυκλικών οικοσυστημάτων σε αστικά περιβάλλοντα", δήλωσε ο συν-συγγραφέας Javier Fernandez. "Ωστόσο, λόγω της αποτελεσματικότητάς του, είναι επίσης η πιο αποτελεσματική και επεκτάσιμη μέθοδος για την παραγωγή υλικών σε ένα κλειστό τεχνητό οικοσύστημα στο εξαιρετικά σπάνιο περιβάλλον ενός άψυχου πλανήτη ή δορυφόρου."
Όπως αναφέραμε προηγουμένως, η NASA ανακοίνωσε ένα φιλόδοξο σχέδιο για την επιστροφή των Αμερικανών αστροναυτών στη Σελήνη και τη δημιουργία μόνιμης βάσης εκεί, με στόχο να τοποθετήσουν τους αστροναύτες στον Άρη. Η επιστήμη των υλικών θα είναι ζωτικής σημασίας για την επιτυχία του προγράμματος Artemis Moon, ειδικά όταν πρόκειται για τα υλικά που απαιτούνται για την κατασκευή μιας βιώσιμης σεληνιακής βάσης (ή Άρη). Το σκυρόδεμα, για παράδειγμα, απαιτεί σημαντική ποσότητα προστιθέμενου νερού για να μπορεί να χρησιμοποιηθεί in situ, και υπάρχει έντονη σύντομη παροχή νερού τόσο στη Σελήνη όσο και στον Άρη. Και το κόστος μεταφοράς θα ήταν απαγορευτικά υψηλό. Η NASA εκτιμά ότι κοστίζει περίπου 10.000 $ για τη μεταφορά μόνο μιας λίβρας υλικού σε τροχιά.
Έτσι, υπήρξε μεγάλη προσοχή στη δυνατότητα χρήσης υπαρχόντων υλικών στο ίδιο το Φεγγάρι για την κατασκευή μιας σεληνιακής βάσης. Παλαιότερες προτάσεις απαιτούσαν τρισδιάστατη εκτύπωση με τσιμέντο Sorel, το οποίο απαιτεί σημαντικές ποσότητες χημικών ουσιών και νερού (αναλώσιμα), και ένα βραχώδες υλικό που θα απαιτούσε νερό και φωσφορικό οξύ ως υγρό συνδετικό. Και τον Μάρτιο, ένα έγγραφο από μια διεθνή ομάδα επιστημόνων πρότεινε ότι οι αστροναύτες που δημιουργούν μια βάση στη Σελήνη θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν την ουρία στα ούρα τους ως πλαστικοποιητή για να δημιουργήσουν ένα δομικό υλικό σαν σκυρόδεμα από το σεληνιακό έδαφος.
Όπως και με τη Σελήνη, οποιοδήποτε σχέδιο για τη δημιουργία μιας κατοικήσιμης βάσης στον Άρη πρέπει να χρησιμοποιεί τεχνολογίες κατασκευής που κάνουν χρήση του regolith του Κόκκινου Πλανήτη. Όμως, οι συγγραφείς της τρέχουσας εργασίας επισημαίνουν ότι οι περισσότερες επίγειες στρατηγικές κατασκευής που θα μπορούσαν να ταιριάζουν με το λογαριασμό απαιτούν συνήθως εξειδικευμένο εξοπλισμό και μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Ωστόσο, "Η φύση παρουσιάζει επιτυχημένες στρατηγικές ζωής προσαρμοσμένες σε σκληρά περιβάλλοντα", έγραψαν οι συγγραφείς. "Σε βιολογικούς οργανισμούς, σχηματίζονται άκαμπτες δομές ενσωματώνοντας ανόργανο πληρωτικό που προέρχεται από το περιβάλλον με χαμηλό ενεργειακό κόστος (π.χ. ανθρακικό ασβέστιο) και ενσωματώνεται σε οργανική μήτρα (π.χ. χιτίνη) που παράγεται με σχετικά υψηλό μεταβολικό κόστος."
Η κατασκευή ενός μοντέλου με τρισδιάστατη εκτύπωση προσγείωσης 3D-printing with Sorel cement, υποδεικνύει ένα πιθανό σενάριο κατασκευής οικοτόπων στον Άρη.
Ο Fernandez και οι συνάδελφοί του υποστηρίζουν ότι η χιτίνη είναι πιθανό να είναι μέρος οποιουδήποτε προγραμματισμένου τεχνητού οικοσυστήματος επειδή είναι τόσο άφθονο στη φύση. Είναι το κύριο συστατικό της κλίμακας των ψαριών και των τοιχωμάτων των μυκητιακών κυττάρων, για παράδειγμα, καθώς και των εξωσκελετών καρκινοειδών και εντόμων. Στην πραγματικότητα, τα έντομα έχουν ήδη στοχευτεί ως βασική πηγή πρωτεΐνης για μια πιθανή βάση του Άρη. Και δεδομένου ότι το συστατικό χιτίνης των εντόμων έχει περιορισμένη θρεπτική αξία για τον άνθρωπο, η εξαγωγή του για την κατασκευή δομικών υλικών "δεν παρεμποδίζει ή ανταγωνίζεται την προμήθεια τροφίμων", γράφουν οι συγγραφείς. "Μάλλον, είναι ένα υποπροϊόν αυτού."
Για τα πειράματά τους, οι ερευνητές βασίστηκαν σε αρκετά απλή χημεία. Πήραν χιτοζάνη προερχόμενη από γαρίδες, το διαλύθηκαν σε οξικό οξύ - ένα κοινό υποπροϊόν τόσο της αερόβιας όσο και της αναερόβιας ζύμωσης - και το συνδύασαν με ένα ορυκτό ισοδύναμο με το έδαφος του Άρη για να δημιουργήσουν το κιτρινό δομικό τους υλικό. Δοκίμασαν τις ιδιότητές του διαμορφώνοντας διάφορα αντικείμενα από αυτό, κυρίως ένα λειτουργικό κλειδί, το οποίο δοκίμασαν σφίγγοντας ένα εξαγωνικό μπουλόνι. Αναγνωρίζοντας ότι αυτό θα ήταν απίθανο να αντικαταστήσει μεταλλικά εργαλεία για ορισμένες κρίσιμες εφαρμογές χώρου, αποδείχθηκε αρκετά ανθεκτικό για να διατηρήσει επαρκή ροπή για μικρές καθημερινές εργασίες.
Στη συνέχεια, η ομάδα προσπάθησε να διαμορφώσει το υλικό σε διάφορες γεωμετρίες για να μελετήσει τις δυνατότητές του ως δομικού υλικού μέσω της κατασκευής πρόσθετων, που κυμαίνεται από κυλίνδρους και κύβους έως αντικείμενα με στρογγυλεμένα και γωνιακά σχήματα - συμπεριλαμβανομένης μιας μικρής ανθρωποειδούς μορφής Άρη. Οι επιστήμονες απέδειξαν επίσης ότι ο βιολίθος θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως αυτοσχέδιο κονίαμα για την αποτελεσματική σύνδεση μια μικρή τρύπα σε ένα σωλήνα. Στη συνέχεια ο σωλήνας πήγε αρκετές εβδομάδες χωρίς διαρροή. Τέλος, δημιούργησαν ένα πλήρες τρισδιάστατο μοντέλο ενός πιθανού σχεδιασμού για έναν βιότοπο του Άρη. χρειάστηκαν μόλις δύο ώρες για να ολοκληρωθεί. Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι τα αποτελέσματά τους κατέδειξαν τη σκοπιμότητα τέτοιων λύσεων «κλειστού βρόχου, μηδενικών αποβλήτων» στον Άρη.
"Η βιοπνευστική κατασκευή και τα βιώσιμα υλικά δεν αποτελούν τεχνολογία υποκατάστασης των συνθετικών πολυμερών, αλλά μια τεχνολογία που επιτρέπει τον καθορισμό ενός νέου παραδείγματος στην κατασκευή και επιτρέποντας να κάνουμε πράγματα που δεν είναι εφικτά από τα συνθετικά αντίστοιχα", δήλωσε ο Fernandez. «Έχουμε αποδείξει ότι είναι βασικά όχι μόνο για τη βιωσιμότητα μας στη Γη αλλά και για ένα από τα επόμενα μεγαλύτερα επιτεύγματα της ανθρωπότητας: τη μετατροπή μας σε ένα διαπλανητικό είδος».
DOI: PLOS ONE, 2020. 10.1371/journal.pone.0238606 (About DOIs).