Блог

Jul 29, 2023

Строим будущее с грибами

Поиск возобновляемых строительных материалов побуждает профессоров гражданского строительства

Поиск возобновляемых строительных материалов приводит профессоров гражданского строительства и архитектуры в неожиданный мир грибов.

Профессор Чжао Цинь (в центре) работает с аспирантами и студентами бакалавриата над созданием целостной модели грибного мицелия на молекулярном уровне, что дает представление о потенциале мицелия для крупномасштабного архитектурного использования.

Когда Чжао Цинь и Нина Шарифи прибыли в Сиракузский университет в качестве новых преподавателей, каждый из них знал, что междисциплинарное сотрудничество будет иметь важное значение для достижения их целей. Шарифи, профессор Школы архитектуры, был воодушевлен возможностью использования возобновляемых материалов в строительстве зданий. Цинь, профессор гражданской и экологической инженерии, хотел изучить структурное использование материалов, производимых животными, растениями или грибами.

«Я продолжал думать: «Какие биоматериалы могут позволить нам перейти от исследования наноразмерных материалов к применениям в гражданском строительстве, например, в инфраструктуре или крупномасштабном проектировании?» — говорит Цинь, пришедший в Сиракьюсский колледж инженерии и компьютерных наук в 2019 году после получил докторскую степень и работал научным сотрудником в Массачусетском технологическом институте, изучая механику микроскопических белковых сетей.

Цинь и Шарифи нашли общий язык в мицелии, корневидном грибковом биоматериале, образующемся во время роста грибов. Мицелий образует волокнистую сеть под почвой и необходим для роста и здоровья растений. Его нити связываются с растительными отходами, создавая композит, который демонстрирует огромные перспективы в качестве устойчивого строительного материала, который может принимать форму пенопласта, панелей или полнотелого кирпича с изоляционными свойствами.

Мицелий является связующим веществом, но он также обладает устойчивостью и силой. Если вы измените способ его выращивания, он может быть невероятно плотным или легким, пенистым и прозрачным.

Обычные строительные материалы, такие как сталь и бетон, являются энергоемкими в производстве и транспортировке, в то время как синтетические пластмассы производятся из сырой нефти, а клеи, используемые в древесноволокнистых плитах, со временем могут выделять токсины. Грибной мицелий, напротив, легкий, биоразлагаемый и нетоксичный, а также прочный, долговечный и быстро восстанавливающийся.

Исследования мицелия находятся в зачаточном состоянии, поэтому эта область созрела для открытий. В начале 2020 года профессор архитектуры Тэквон Пак вместе с Шарифи сформировал группу по исследованию мицелия, открыв двери для сотрудничества Шарифи с Цинь. В группу входили профессор биологии из Сиракуз Скотт Эрдман и профессор машиностроения и аэрокосмической техники Чонмин Ан, которые также стремились раскрыть возможности мицелия. Цинь присоединился к их команде, намереваясь обеспечить более глубокое понимание посредством исследований на микроскопическом уровне.

В 2022 году Цинь стал лауреатом премии CAREER Award Национального научного фонда (NSF), которая присуждается преподавателям в начале их карьеры за выдающиеся исследования. Получив грант в размере 600 000 долларов, он проводит фундаментальные исследования, которые могут помочь архитекторам использовать мицелий.

Цель Цинь — разработать целостную модель мицелия и его функции, начиная с понимания свойств на молекулярном уровне. «Мы хотим генерировать знания фундаментального масштаба и выше, которые могут обеспечить многомасштабное понимание и надежный «рецепт», позволяющий любому человеку производить биоматериалы, отвечающие крупномасштабным требованиям», — говорит он.

Образцы мицелия растут на слое древесных остатков, и исследователи манипулируют условиями роста в климатической камере для получения желаемых характеристик.

Его исследования включают как физические лабораторные эксперименты, так и компьютерное моделирование. «Существует множество переменных», — объясняет Цинь, в чьей лаборатории имеется климатическая камера для выращивания образцов мицелия на слое древесных остатков. Внутри камеры он манипулирует переменными для получения желаемых характеристик: температуры, влажности и уровня углекислого газа; разные виды мицелия; и различные породы древесины, которые могут влиять на рост мицелия и механические свойства готового продукта, такие как плотность, легкость или прочность.