과학자들이 미래 지향적인 에코를 뜨개질하다

2023년 7월 14일

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건설 산업이 환경에 미치는 영향을 줄이려는 과학자들은 편물 주형과 곰팡이 뿌리 네트워크를 사용하여 건축 자재를 재배하는 방법을 개발했습니다. 연구자들은 이전에 유사한 복합재를 실험해 보았지만 유기 물질의 모양과 성장 제약으로 인해 잠재력을 충족하는 다양한 응용 분야를 개발하기가 어려웠습니다.

편물 주형을 유연한 뼈대 또는 '거푸집'으로 사용하여 과학자들은 모양과 형태 측면에서 더 강하고 다재다능한 '마이코크리트'라는 복합재를 만들어 가볍고 비교적 친환경적인 건축 자재를 만들 수 있었습니다.

"우리의 목표는 양모, 톱밥, 셀룰로오스와 같은 바이오 기반 재료와 결합된 균사체를 사용하여 건축 공간의 모양, 느낌 및 웰빙을 변화시키는 것입니다."라고 논문의 교신 저자인 뉴캐슬 대학의 Jane Scott 박사는 말했습니다. 생명공학과 생명공학의 개척지. 이 연구는 뉴캐슬 대학교 건축 환경 생명공학 허브의 일부인 리빙 텍스타일 연구 그룹(Living Textiles Research Group)의 디자이너, 엔지니어, 과학자로 구성된 팀에 의해 수행되었습니다.

곰팡이 뿌리 네트워크의 일부인 균사체를 사용하여 복합재를 만들기 위해 과학자들은 균사체 포자를 먹이로 삼을 수 있는 곡물 및 자랄 수 있는 물질과 혼합합니다. 이 혼합물을 틀에 넣고 어둡고 습하며 따뜻한 환경에 놓아 균사체가 자랄 수 있도록 하고 기질을 단단히 묶어줍니다.

적절한 밀도에 도달했지만 우리가 버섯이라고 부르는 자실체를 생산하기 시작하기 전에 건조됩니다. 이 공정은 폼, 목재, 플라스틱을 저렴하고 지속 가능한 대체품으로 제공할 수 있습니다. 그러나 균사체가 자라려면 산소가 필요하기 때문에 기존의 견고한 주형의 크기와 모양이 제한되고 현재 적용이 제한됩니다.

니트 직물은 가능한 해결책을 제공합니다. 즉, 균사체의 성장에 따라 유연한 상태에서 뻣뻣한 상태로 바뀔 수 있는 산소 투과성 곰팡이입니다. 그러나 직물은 생산량이 너무 많아 몰드를 일관되게 포장하는 것이 어렵습니다. Scott과 그녀의 동료들은 편직 형태의 잠재력을 활용할 수 있는 균사체 혼합물과 생산 시스템을 설계하기 시작했습니다.

Scott은 "편직은 놀라울 정도로 다재다능한 3D 제조 시스템입니다."라고 말했습니다. "이것은 가볍고 유연하며 형태가 가능합니다. 다른 직물 공정에 비해 편직 기술의 주요 장점은 솔기와 낭비 없이 3D 구조와 형태를 편직할 수 있다는 것입니다."

과학자들은 기존의 균사체 복합체 샘플을 대조군으로 준비하고 종이 분말, 종이 섬유 덩어리, 물, 글리세린 및 잔탄 검을 포함하는 마이코크리트 샘플과 함께 재배했습니다. 이 페이스트는 패킹 일관성을 향상시키기 위해 주입 건을 사용하여 편직 거푸집에 전달되도록 설계되었습니다. 페이스트는 전달 시스템에 대해 충분히 액체여야 하지만 모양을 유지하지 못할 정도로 액체여서는 안 됩니다.

계획된 테스트 구조를 위한 튜브는 메리노 원사로 편직되고 멸균되었으며 페이스트로 채워지는 동안 견고한 구조에 고정되어 직물의 장력 변화가 마이코크리트의 성능에 영향을 미치지 않습니다.

건조된 샘플은 인장, 압축 및 굴곡에 대한 강도 테스트를 거쳤습니다. 마이코크리트 샘플은 기존의 균사체 복합 샘플보다 더 강하고 니트 거푸집 없이 자란 균사체 복합보다 성능이 뛰어난 것으로 입증되었습니다. 또한, 거푸집의 다공성 니트 직물은 더 나은 산소 가용성을 제공했으며, 거푸집에서 성장한 샘플은 건조 시 대부분의 균사체 복합 재료보다 덜 수축하여 더 예측 가능하고 일관된 제조 결과를 얻을 수 있음을 시사합니다.