Учёные создают экологичные стройматериалы из грибных сетей с помощью вязаных форм
Учёные, стремящиеся снизить воздействие строительной отрасли на окружающую среду, разработали способ выращивания строительных материалов с использованием вязаных форм и корневой сети грибов. Хотя исследователи уже экспериментировали с подобными композитами, ограничения по форме и росту органического материала затрудняли создание разнообразных приложений, раскрывающих его потенциал.
Используя вязаные формы в качестве гибкого каркаса, учёные создали композит под названием «микоцемент» (mycocrete), который прочнее и более универсален по форме, что позволяет выращивать лёгкие и относительно экологичные строительные материалы.
«Наша цель — изменить внешний вид, ощущение и благополучие архитектурных пространств, используя мицелий в сочетании с биооснованными материалами, такими как шерсть, опилки и целлюлоза», — сказала доктор Джейн Скотт из Ньюкаслского университета, автор-корреспондент статьи в Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. Исследование проводилось командой дизайнеров, инженеров и учёных из Living Textiles Research Group, входящей в Hub for Biotechnology in the Built Environment Ньюкаслского университета.
Корневые сети
Для создания композитов с использованием мицелия (части корневой сети грибов) учёные смешивают споры мицелия с питательными зёрнами и материалом, на котором он может расти. Эта смесь упаковывается в форму и помещается в тёмную, влажную и тёплую среду для роста мицелия, который плотно связывает субстрат.
Достигнув нужной плотности, но до начала образования плодовых тел (грибов), материал высушивается. Этот процесс может стать дешёвой и устойчивой заменой пенопласту, древесине и пластику. Однако мицелию для роста нужен кислород, что ограничивает размер и форму обычных жёстких форм и сужает область применения.
Вязаные текстильные формы предлагают возможное решение: это кислородопроницаемые конструкции, которые могут менять гибкость по мере роста мицелия. Но текстиль может быть слишком податливым, и сложно равномерно заполнять формы. Скотт и её коллеги разработали смесь на основе мицелия и систему производства, позволяющую использовать потенциал вязаных форм.
«Вязание — невероятно универсальная 3D-производственная система. Она лёгкая, гибкая и формообразующая. Главное преимущество технологии вязания по сравнению с другими текстильными процессами — возможность создавать бесшовные 3D-структуры и формы без отходов», — сказала Скотт.
Разработка и испытания
Учёные подготовили образцы обычного мицелиевого композита для контроля и вырастили их вместе с образцами микоцемента, который также содержал бумажный порошок, комки бумажных волокон, воду, глицерин и ксантановую камедь. Эта паста была разработана для подачи в вязаную форму с помощью инъекционного пистолета для улучшения равномерности заполнения: она должна была быть достаточно жидкой для системы доставки, но не настолько, чтобы не держать форму.
Трубки для запланированной тестовой конструкции были связаны из мериносовой пряжи, простерилизованы и закреплены на жёсткой конструкции во время заполнения пастой, чтобы изменения натяжения ткани не влияли на свойства микоцемента.
После высыхания образцы подвергли испытаниям на прочность при растяжении, сжатии и изгибе. Образцы микоцемента оказались прочнее обычных мицелиевых композитов и превзошли композиты, выращенные без вязаной формы. Кроме того, пористая вязаная ткань формы обеспечивала лучшую доступность кислорода, и выращенные в ней образцы при сушке давали меньшую усадку, чем большинство мицелиевых материалов, что указывает на возможность достижения более предсказуемых и стабильных производственных результатов.
Команда также смогла построить более крупный прототип концепции под названием BioKnit — сложный самонесущий купол, изготовленный как единое целое без стыков, которые могли бы стать слабыми местами, благодаря гибкой вязаной форме.
«Механические характеристики микоцемента в сочетании с постоянной вязаной опалубкой — значительный результат и шаг к использованию мицелия и текстильных биогибридов в строительстве», — сказала Скотт. «В этой статье мы указали конкретные типы пряжи, субстратов и мицелия, необходимые для достижения определённой цели. Однако существует широкий простор для адаптации этого состава под разные задачи. Биофабрикованная архитектура может потребовать новых машинных технологий для внедрения текстиля в строительный сектор».