Mars'ta tuğlayı maya yapacak: kum, jelatin ve canlı hücreyle inşaat

Haber çoğu yerde "Mars'ta maya ve jelatinden ev" diye özetlendi. Oysa çalışmanın asıl iddiası sağlamlık değil. Mars'ta yeterince sert malzeme üretmenin yolu zaten biliniyor: yüzeyi kaplayan toz, kum ve çakıl tabakasını, yani regoliti yüksek sıcaklıkta sinterleyip taş gibi bir blok elde edebilirsiniz. Sorun şu ki o ısıyı üretecek enerji, güneş panelleri ve küçük reaktörlerle idare edilmeye çalışılacak bir üste en pahalı şeydir. Qiu'nun ekibi bu yüzden soruyu değiştirmiş: fırını hiç yakmadan olmaz mı?

Gezegenin kendisi bir kurutma makinesi

Cevap, market rafındaki dondurularak kurutulmuş meyvede saklıymış. "İlhamım, dondurularak kurutulunca sertleşen meyvelerden geldi" diyor Qiu, Cell Press'in dağıttığı bültende. "Mars'ın aşırı düşük sıcaklığı ve basıncı, dondurarak kurutmaya benzer koşullar yaratıyor."

Dondurarak kurutma, suyu önce dondurup sonra sıvı hale hiç uğratmadan uçurmaya dayanır; buzun doğrudan gaza geçmesi anlamına gelen süblimleşme. Geriye, suyun bıraktığı boşluklarla dolu hafif ve gözenekli bir iskelet kalır. Dünya'da bunun için pahalı liyofilizatör cihazları kurulur. Mars'ta ise atmosferin kendisi bu işi yapıyor: ortalama basınç Dünya'nınkinin yüzde biri düzeyinde, sıcaklık da çoğu yerde donma noktasının epey altında. Ekip, hamuru üç boyutlu yazıcının ucundan çıkardıktan sonra eksi 30 derece ve 0,01 atmosfer koşuluna bırakıp gezegeni karşılıksız bir kurutucu gibi kullanmayı denemiş.

Mayaya midye tutkalı takmak

Karışımın üç bileşeni var. Hacmin büyük kısmı regolit; çalışmada gerçek Mars toprağı değil, onu taklit etmek için üretilen benzetim kumu (simülant) kullanıldı. İkinci bileşen jelatin: hem tanecikleri bir arada tutan bağlayıcı hem de mayanın yemeği. Üçüncüsü canlı maya hücreleri, ama sıradan değil: yüzeyleri genetik müdahaleyle yapışkan proteinlerle kaplanmış. Bu proteinlerin modeli, midyelerin dalga altındaki ıslak kayaya tutunmasını sağlayan doğal yapıştırıcı.

Yani maya burada ekmek kabartmak için değil, kendi zarını tutkal gibi kullanmak için var. Kuruma ilerledikçe hücreler kum tanecikleri arasında köprü kuruyor. Earth.com'un çalışmadan aktardığına göre, bu mühendislik ürünü mayayla bağlanan örnekler yalnız jelatinle bağlananlara kıyasla yüzde 170 daha fazla yük taşımış.

Rakamlar ne söylüyor

Cell Press bültenindeki temel sonuç şu: test kubbeleri 10-12 megapaskal basınç dayanımına ulaştı, bu da düşük sınıf betonun aralığı. Qiu'nun aynı bültendeki değerlendirmesi ise şöyle: "Yani bu malzeme, yerçekimi Mars'ınkinin üç katı olan Dünya'da bile bir ya da iki katlı bir bina yapmaya yetecek kadar sağlam."

Daha ince ölçümleri, çalışmayı ayrıntılı biçimde aktaran Earth.com derledi. Aşağıdaki tablodaki ilk üç satır Cell Press bülteninden, kalanı Earth.com'un aktarımından.

Enerji satırı, işin can alıcı yeri. 3D Printing Industry'nin aktardığına göre yöntem, Mars ya da Ay toprağını ısıyla sinterlemeye kıyasla on ila yüz kat daha az enerji istiyor. Metreküp başına 20 kilogramlık Dünya katkısı da şu anlama geliyor: duvarın kütlesi gezegenin kendisinden çıkıyor, roketle taşınan şey yalnız jelatin ve maya gibi birkaç kilogramlık bir başlangıç seti.

Tuğlayı söküp yeniden demlemek

Çalışmanın çıktığı derginin adı boşuna Chem Circularity, yani "kimyasal döngüsellik" değil. Beton kürünü tamamladıktan sonra geri dönmez; kırarsanız elinizde moloz kalır. Bu malzemede ise bağlayıcı canlı. Bir yapı sökülünce maya hücreleri geri alınıp biyoreaktörde yeniden çoğaltılabiliyor, malzeme tekrar basılabiliyor.

Qiu'nun bültendeki sözü bunu özetliyor: "Tek bir maya hücresi bile hayatta kaldığı sürece onları yeniden çoğaltabilirsiniz." Earth.com'un aktardığı ayrıntıya göre ekip bu döngüyü dört kez tekrarlamış; dördüncü kuşak tuğla hâlâ 11,8 megapaskal veriyormuş. Yani malzeme geri dönüştürüldükçe belirgin biçimde çürümemiş.

Şarap mantarı kadar: bulgunun sınırı

Buradan "Mars'ta ev yapıldı" sonucu çıkmıyor ve ekibin kendisi de bunu söylemiyor. Sınırlar oldukça net:

• Ölçek. Basılan her şey şarap mantarından küçük. 45 milimetrelik bir kubbeden bir metrelik duvara geçiş, malzeme biliminde kendiliğinden olan bir şey değil.
• Toprak gerçek değil. Testlerde benzetim kumu kullanıldı. Earth.com'un çalışmadan aktardığı uyarıya göre gerçek Mars regolitindeki tuzlar Dünya mikroplarını öldürebilir; bu kimyanın mayaya ne yapacağı denenmedi.
• Işınım. Mars'ın küresel manyetik kalkanı ve kalın atmosferi olmadığı için yüzey kozmik ışınıma açık. Mayanın orada uzun süre canlı kalıp kalmayacağı bilinmiyor.
• Denenmeyen yükler. Yine Earth.com'un aktarımına göre malzeme doğrudan çekmeye, hava sızdırmazlığına ve uzun vadeli yıpranmaya karşı sınanmadı. Bir barınak için havayı içeride tutmak, basınca dayanmak kadar önemli.
• Yerçekimi. Mars'ta yerçekimi Dünya'nınkinin üçte biri. Kuruma ve oturma davranışının düşük çekim altında nasıl değişeceği özel tesislerde ayrıca denenmeli.
• Kargo bağımlılığı. Cell Press bülteninde de belirtildiği gibi ilk kurulum yine Dünya'dan yüzlerce ton malzeme götürmeyi gerektirecek. Döngü ancak yerinde üretim oturduktan sonra kapanıyor.

Sırada ne var

Asıl merak edilen iki soru şu: bir kubbe metre ölçeğine büyütüldüğünde aynı sayıları verecek mi, ve gerçek regolit tozuyla, gerçek ışınım altında maya ne kadar dayanacak? İkincisi yalnız laboratuvarda cevaplanamaz; ya Mars yüzeyine bırakılacak küçük bir deney kutusu ya da Dünya yörüngesinde ışınıma açık bir modül gerekir.

Yine de fikrin kendisi, inşaat mühendisliğinin bir alışkanlığını tersine çeviriyor. Bugüne kadar bir yapı malzemesinden beklenen şey ölü, kararlı ve değişmez olmasıydı. Burada bağlayıcı canlı: besleniyor, çoğalıyor ve yapı ömrünü doldurunca sonraki binanın malzemesine dönüşüyor. Qiu'nun bültendeki cümlesi de bir iddiadan çok bir çağrı gibi: "Kendime hep şunu sorarım: bunu yapmamızı engelleyen bir fizik yasası ya da temel bir mekanizma var mı? Şu an için göremiyorum."

Fotoğraf: Z22, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons