از قارچ تا معماری نوین: خیزش ساختمان‌های زنده و خودترمیم‌شونده

مصالح خودترمیمی (Self-healing materials) موادی هستند که می‌توانند پس از آسیب دیدن، بدون نیاز به تعمیر دستی یا تعویض، تا حد زیادی خودشان را ترمیم کنند. ایده‌ اصلی این فناوری تقلیدی از طبیعت است؛ درست همانطور که پوست انسان بعد از بریدگی یا شکستگی استخوان به مرور ترمیم می‌شود، مصالح هم بتوانند در برابر ترک، خراش یا شکستگی واکنش نشان دهند.

مهم‌ترین انواع مصالح خودترمیمی

بتن خودترمیمی

بتن خودترمیمی پرکاربردترین نمونه، به‌ویژه در ساخت پل‌ها، سدها و ساختمان‌ها است. این بتن‌ها را با روش‌های مختلفی می‌سازند:

• با استفاده از باکتری‌های خاص مثل باسیلوس که هنگام ورود آب فعال می‌شوند و کربنات کلسیم تولید می‌کنند تا ترک‌ها را پر کنند.
• با استفاده از کپسول‌های میکروسکوپی حاوی رزین یا مواد معدنی که وقتی ترک ایجاد می‌شود، می‌ترکند و ماده آزادشده فضای خالی را می‌بندد.
• به‌کارگیری الیاف هوشمند یا ژل‌ها که در واکنش با رطوبت انبساط پیدا کرده و ترک را مسدود می‌کنند.

پلیمرها و پلاستیک‌های خودترمیمی

پلیمرهای و پلاستیک‌های خودترمیمی در صنایع خودرو، الکترونیک، بسته‌بندی و تجهیزات پزشکی کاربرد دارند. مکانیسم آنها به این شکل است که یا با آزاد شدن چسب/رزین از کپسول‌های ریز، یا با بازآرایی پیوندهای شیمیایی قابل برگشت در ساختار پلیمر خود را ترمیم می‌کنند.

فلزات و آلیاژهای خودترمیمی (در مرحله تحقیق)

فلزات و آلیاژهای خودترمیمی طراحی ساختار بلوری فلزی دارند؛ به گونه‌ای که اتم‌ها بتوانند در اثر فشار یا حرارت جابه‌جا شوند و ترک‌های ریز را ببندند.

مصالح زیستی و الهام ‌گرفته از طبیعت

مصالح زیستی خودترمیمی از موادی مانند قارچ‌ها یا باکتری‌های مهندسی شده درست می‌شوند که خودشان را ترمیم کنند و حتی با محیط تعامل دارند (مثل جذب دی‌اکسید کربن یا تصفیه هوا).

حال تیمی از محققان اتحادیه اروپا با ریاست پروفسور هان ووستن از هلند مصالح زیستی خودترمیمی ساخته‌اند که شبیه به یک بلوک سخت و شبیه اسفنج است. ووستن این ماده‌ را در سال ۲۰۱۲ با استفاده از شبکه ریشه‌ای پیچیده قارچ‌ها ساخته است. او پیش‌بینی‌های جسورانه‌ای درباره آینده این ماده دارد.

او می‌گوید: ۱۰ سال دیگر باید اولین ساختمان‌های قارچی را داشته باشیم. ووستن، استاد زیست‌شناسی مولکولی دانشگاه اوترخت است. او در مورد دیوارهای کپک‌زده صحبت نمی‌کند، بلکه چیزی بسیار هیجان‌انگیزتر را مدنظر دارد: موادی زنده، پایدار و پر از پتانسیل.

ووستن بررسی می‌کند که چگونه قارچ‌های مختلف درون میسلیوم عمل می‌کنند؛ شبکه زنده‌ای از رشته‌ها که قارچ‌ها را تغذیه می‌کند و گیاهان را از طریق به‌اشتراک‌گذاری منابع و اطلاعات به هم متصل می‌سازد.

او اکنون در حال مهندسی «رشته‌های قارچی» برای جایگزین‌های پایدار و زیست‌تخریب‌پذیر به ‌جای پلاستیک، چوب و چرم است؛ موادی که همین حالا هم در مد، مبلمان و ساخت‌وساز کاربردهای تازه‌ای پیدا کرده‌اند.

مصالحی که رشد می‌کنند و خود را ترمیم می‌کنند

ووستن بخشی از یک تیم پژوهشی از بلژیک، دانمارک، یونان، هلند، نروژ و بریتانیاست که ایده‌ای رادیکال را بررسی می‌کنند: چه می‌شود اگر مصالح ساختمانی بتوانند رشد کنند، خود را ترمیم کنند و حتی محیط خود را حس کنند؟

این پروژه پژوهشی اتحادیه اروپا با نام Fungateria در حال توسعه مواد زنده مهندسی‌شده (ELMs) است. این مواد با ترکیب میسلیوم قارچی با باکتری ساخته می‌شوند و به مصالحی سازگار و خودترمیم‌کننده بدل می‌شوند که کارهایی فراتر از محصولات مرسوم انجام می‌دهند.

برخلاف موادی مثل بتن یا پلاستیک، ELMها می‌توانند رشد کنند، خود را ترمیم کنند، تغییرات محیطی را حس کنند و حتی گاه در طول زمان سازگار شوند.

هدف پژوهشگران این است که این مواد را طوری طراحی کنند که قدرت رشد طبیعی را با کارکرد مهندسی‌ شده ترکیب کنند. برای نمونه دیوارهایی که ترک‌های خود را ترمیم می‌کنند، بلوک‌هایی که CO2 جذب می‌کنند یا سطوحی که می‌توانند هوا را پاک‌سازی کنند.

ووستن می‌گوید: ما همین حالا می‌توانیم موادی شبیه چرم یا پانل‌های عایق از این شبکه‌های قارچی گسترده بسازیم. حالا می‌خواهیم به مرحله بعد برویم و ساختمان‌ها را در یک فرآیند کنترل‌شده رشد دهیم.

پس‌اندازهای عظیم زیست‌محیطی

سود این فناوری بسیار زیاد است. بخش ساخت‌وساز بیش از یک‌ سوم کل زباله‌های اتحادیه اروپا را تولید می‌کند.

انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از استخراج مواد اولیه و تولید محصولات ساختمانی، همراه با ساخت و نوسازی ساختمان‌ها، حدود پنج تا ۱۲ درصد از کل انتشار ملی کشورهای عضو اتحادیه اروپا را تشکیل می‌دهد. افزایش بهره‌وری مواد می‌تواند تا ۸۰ درصد این انتشار را کاهش دهد.

در حالی‌که تولید بتن مقادیر بسیار زیادی دی‌اکسید کربن وارد جو می‌کند و به تغییرات اقلیمی دامن می‌زند، ساختمان‌های کامپوزیت قارچی می‌توانند ضایعات کشاورزی را به مصالح ساختمانی بازیافت کنند و در عین حال انتشار کربن را کاهش دهند.

ایده وجود موجودات زنده در ساختمان‌ها شاید برای برخی دلهره‌آور باشد. اما به گفته پروفسور فیل آیرز، پیشگام معماری زیست-هیبریدی در آکادمی سلطنتی معماری، طراحی و حفاظت در کپنهاگ، این یک سازگاری اجتماعی است که با گذشت زمان رخ خواهد داد.

آیرز می‌گوید: ما صدها سال است که غذاهای حاوی موجودات زنده می‌خوریم. تنها در ۲۰ سال گذشته است که به کاربردهای این موجودات در حوزه ساختمان فکر کرده‌ایم.

آیرز، که هماهنگ‌کننده کار تیم تحقیقاتی Fungateria است، می‌خواهد باور تثبیت شده همکاران معمارش را زیر سؤال ببرد که معتقدند مواد قابل‌ کنترل و دارای ویژگی‌های ثابت هستند.

او می‌گوید: تمام سازه‌ها در طول زمان تغییرات چشمگیری می‌کنند. اگر شروع کنیم به فکر کردن درباره ساختمان‌ها به ‌عنوان موجوداتی در یک وضعیت مداوم، شاید معماری‌ای بسازیم که پیوند بیشتری با بوم‌سازگان داشته باشد.

این پژوهشگران که حوزه‌هایی از میکروبیولوژی تا معماری و اخلاق را به هم پیوند داده‌اند، همچنین از طریق نمایشگاه‌هایی مانند دوسالانه ونیز و کارگاه‌هایی که ایده‌های سنتی در مورد ساختمان‌ها را به چالش می‌کشند، با مردم در ارتباط هستند.

کنترل رشد

یک قارچ در جنگل تنها نوک ماجراست ــ در زیر آن شبکه‌ای عظیم از میسلیوم پنهان است که گاهی وزن آن به چندین تُن می‌رسد. برای ساخت‌وساز، هیف‌های قارچی (رشته‌های باریک) می‌توانند با تغذیه از ضایعات کشاورزی تشویق به رشد شوند تا یک کامپوزیت سبک، مقاوم و عایق تشکیل دهند. اما کنترل این رشد برای ساخت سازه‌های ایمن و بادوام کلیدی است.

گونه قارچی که پژوهشگران به کار می‌گیرند، قارچ شکاف‌کلاهک (Schizophyllum commune) است. این قارچ عمدتاً روی چوب مرده رشد می‌کند که می‌تواند خطر بالقوه‌ای ایجاد کند. بنابراین رشد میسلیوم باید پس از تکمیل سازه متوقف شود تا چوب‌های نگه‌دارنده ساختمان را از بین نبرد.

یک روش استفاده از سیگنال‌های طبیعی است: نور و دما می‌توانند به قارچ فرمان رشد یا توقف بدهند. روش دیگر شامل استفاده از باکتری‌های مهندسی‌شده ژنتیکی در دانشگاه گِنت بلژیک است.

این باکتری‌ها مواد مغذی حیاتی برای قارچ فراهم می‌کنند. بنابراین با کشتن باکتری‌ها رشد قارچ متوقف می‌شود. همین باکتری‌ها حتی می‌توانند به‌گونه‌ای برنامه‌ریزی شوند که در صورت نیاز ترکیبات ضدقارچی آزاد کنند و یک لایه ایمنی اضافی ایجاد کنند.

آینده‌ای مقاوم

پژوهشگران Fungateria ــ که همکاری‌شان تا اواخر ۲۰۲۶ ادامه خواهد داشت ــ تاکنون نشان داده‌اند که قارچ می‌تواند در شرایط سختی مانند خشکسالی و دمای بالا رشد کرده و زنده بماند. این یعنی ماده نسبت به تغییرات اقلیمی مقاوم است.

تیم تحقیقاتی آینده‌ای را تصور می‌کند که ساختمان‌ها از چوب و ماده قارچی حاصل از ضایعات کشاورزی در یک فرآیند زنده ساخت‌وساز شکل بگیرند.

ووستن می‌گوید: در آینده می‌توانم تصور کنم که ساختمان‌هایی کامل را رشد دهیم؛ جایی که چوب ساختار نگه‌دارنده خواهد بود و قارچ در میان قاب‌های چوبی رشد خواهد کرد.

با افزایش تقاضای جهانی برای راه‌حل‌های پایدار، این پژوهش نوید آینده‌ای را می‌دهد که در آن معماری نه‌ تنها از طبیعت الهام گرفته باشد، بلکه خود از دل طبیعت ساخته شود ــ زنده، سازگار و درهم‌تنیده با اکوسیستم‌های اطرافش.