НАЙТИ
Компания EMPA представляет живой материал, сочетающий в себе грибы и растения, возрождающий интерес к швейцарской древесине твердых пород и предлагающий более передовые способы использования биомассы.
В европейских дебатах по вопросам управления лесными ресурсами один из наиболее конкретных вопросов касается судьбы лесов. лиственная древесина. В ШвейцарияКак и в других альпийских регионах, изменение климата, давление вредителей, таких как короеды, и необходимость повышения устойчивости лесов способствуют увеличению численности лиственных пород. Однако проблема заключается не только в лесоводстве. Она также имеет промышленный характер: значительная часть этой древесины продолжает сжигаться слишком рано, то есть на заключительном этапе ее полезного срока службы, что приводит к выбросу в атмосферу CO2, накопленного в процессе роста дерева.
Именно в этом контексте и происходит работа...EMPAШвейцарские федеральные лаборатории материаловедения и технологий экспериментируют со способами придания древесине новых функций. Идея не ограничивается лишь декоративным оформлением. В последние годы этот природный материал изучается как носитель для магнитных, гидрофобных или даже энергетических применений. Новейшее направление исследований, представленное группой под руководством... Фрэнсис ШварцеОднако наиболее удивительным на символическом и дизайнерском уровне является изделие из лаборатории целлюлозных и древесных материалов в Санкт-Галлене: заставить дерево светиться в темноте
За визуальным эффектом не скрывается ни краска, ни светодиоды, ни фотолюминесцентная обработка поверхности в традиционном понимании этого слова. Вместо этого, за этим стоит контролируемый биологический процесс, возникающий в результате взаимодействия древесины с древоточцем. В результате получается природный биогибридТо есть, это композитный материал, в котором растительная матрица и живой организм продолжают взаимодействовать, создавая ощутимую функцию: излучение зеленого света.
От леса до лаборатории, не теряя при этом биологической логики.
Главным действующим лицом данного исследования является Desarmillaria TabescensИзвестный как бескольцевой медовый гриб. В природе он считается патогеном, вызывающим белую гниль и, следовательно, гниение древесины. Именно эта способность делает его интересным для исследователей новых материалов. Некоторые родственные виды, фактически, производят ЛюциферинаЭто вещество участвует в двухэтапном ферментативном процессе, приводящем к биолюминесценции. Когда грибковые нити колонизируют древесину, материал может излучать зеленый свет, видимый в темноте.
«Природная светящаяся древесина была впервые описана около 2.400 лет назад греческим философом Аристотелем».
наблюдает Фрэнсис Шварцепомните, что то, что сегодня кажется футуристическим, на самом деле является явлением, известным природе на протяжении тысячелетий.
Новизна EMPA заключается в том, что ей удалось достичь следующих результатов: вызвать и контролировать это явление в лабораторных условияхЭто настоящий прорыв. Биолюминесценция древесины уже существовала как природное явление, так называемый «лисий огонь», наблюдаемый в гнилой древесине. Но превращение её в воспроизводимую материальную платформу, наблюдаемую с помощью лабораторных приборов и потенциально интегрируемую в объекты или компоненты, означает переход от биологической мифологии к прикладным исследованиям.
Профессор Шварце обнаружил в природе светящиеся грибы, проанализировал их в лаборатории и расшифровал их генетический код. После предварительных исследований на различных видах группа решила начать с... бальзовое деревоЭто материал очень низкой плотности, обладающий архитектурой, благоприятной для колонизации грибами и наблюдения за процессами избирательной деградации. Этот выбор не следует интерпретировать как противоречие цели исследования швейцарской древесины лиственных пород, а скорее как методологический шаг: для демонстрации контролируемости процесса сначала потребовалась простая, проницаемая и аналитически читаемая экспериментальная основа.
Восстановленный лигнин, неповрежденная целлюлоза, все еще стабильная структура.
Один из наиболее интересных аспектов исследования касается избирательность биологической деградацииС помощью спектроскопического анализа исследователи наблюдали, как грибок воздействует на лигнин — компонент, обеспечивающий жесткость и прочность на сжатие. В то же время рентгенодифракционный анализ показал, что целлюлоза, необходимая для прочности на растяжение, остается неповрежденной.
Эта деталь имеет решающее значение, поскольку она указывает на то, что яркость обусловлена не случайным разрушением деревянной основы, а относительно целенаправленной трансформацией. Другими словами, материал не теряет автоматически всю структурную целостность просто от колонизации грибком. стабильность биогибридовПо крайней мере, в описанных экспериментальных условиях, этого достаточно, чтобы представить себе применение, выходящее за рамки чисто научной демонстрации.
Однако этот процесс требует очень специфических условий окружающей среды. Desarmillaria Tabescens предпочитает очень влажную среду. В тестах EMPA образцы бальзы впитывали до в восемь раз больше своего веса по содержанию влаги В течение трех месяцев инкубации биогибрид достигает максимальной яркости. Затем при контакте с воздухом активируется ферментативная реакция, и пик люминесценции приходится примерно на десять часов.
«В настоящее время мы оптимизируем параметры лаборатории для дальнейшего повышения яркости»,
объясняет исследователь EMPA. Джорджия Джованнини, что позволило определить с помощью флуоресцентного анализа длину волны приблизительно 560 нанометров, то есть в зеленом диапазоне.
В настоящий момент это явление длится приблизительно десять днейПока еще недостаточно представить себе широкое применение в строительстве или функциональном освещении, но этого более чем достаточно, чтобы открыть путь для развития в области проектирования материалов, биологических датчиков и объектов с ярко выраженным сюжетом и материальным содержанием.
Не только эстетика: промышленная ценность каскадного использования.
Сила проекта заключается не только в «вау-эффекте» подсветки древесины. Его истинный интерес состоит в связи с... каскад использования древесиныПринцип, согласно которому лесные ресурсы следует использовать в первую очередь для целей, имеющих высокую материальную ценность, и только в крайнем случае — в качестве топлива. С точки зрения климата и промышленности, эта логика позволяет обеспечить длительное поглощение углерода, повысить добавленную стоимость биомассы и создать более сложные цепочки поставок вокруг возобновляемого ресурса.
В этом смысле светящуюся древесину следует рассматривать не как лабораторную экстравагантность, а как подтверждение концепции. Она демонстрирует, что древесину можно перепрограммировать Благодаря биологическим процессам, материал становится не просто сырьем, которое можно резать, собирать или сжигать, а функциональной платформой для новых продуктов. Это направление согласуется с более широкой трансформацией производства, которая стремится к созданию интеллектуальных, гибридных, адаптивных материалов, менее энергоемких, чем многие синтетические альтернативы.
Предложенные варианты применения Швейцарские федеральные лаборатории материаловедения и технологий от технических до дизайн мебели и ювелирных изделий. Легко представить себе поверхности, вставки, художественные объекты или компоненты, которые используют биолюминесценцию не как основной источник освещения, а как сигнал, визуальную сигнатуру, атмосферный интерфейс или идентификационный элемент. Параллельно это исследование вносит вклад в дискуссию о так называемых живых материалах, живых или полуживых материалах, функция которых не просто определяется извне, а возникает из поведения встроенных организмов.
Такой подход также затрагивает более глубокую культурную проблему: устойчивые инновации не всегда означают добавление электроники. Иногда это означает делать прямо противоположное, то есть... заменить искусственные компоненты биологическими процессамиВ случае светящейся древесины свет не воздействует на материал извне; он возникает в результате внутреннего метаболического взаимодействия между древесным субстратом, влажностью, кислородом и ферментами.
Биолюминесценция, живые материалы и еще не ожидаемые сценарии
В природе биолюминесценция широко распространена у самых разных организмов, от грибов до медуз и светлячков. Если сравнить квантовый выход световых реакций, то у светлячков он достигает значений около 100 мкг/л. 40 процентовяркая медуза вокруг 17 процентов, в то время как грибы останавливаются примерно на 2 процентовЭто означает, что решение, разработанное компанией EMPA в Санкт-Галлене, не конкурирует с более эффективными системами снижения выбросов, а предлагает уникальное сочетание природного происхождения, интеграции материалов и низкой сложности оборудования.
Конечно, остаются некоторые ограничения. Процесс требует длительного времени инкубации, высокой влажности, тщательного контроля условий окружающей среды и все еще ограниченной продолжительности люминесценции. Кроме того, часть прикладного интереса будет зависеть от возможности переноса этого подхода с бальзы на другие виды древесины, в частности. широколиственные деревья, представляющие интерес для Швейцарииподдерживая приемлемый баланс между светоотдачей, механической прочностью и воспроизводимостью в промышленности.
Но именно здесь и проявляется актуальность этой работы. На данном этапе она не предлагает продукт, готовый к массовому рынку. Она предлагает нечто, возможно, более важное: новая грамматика для повышения ценности древесиныВ то время как лесная и сырьевая промышленность ищут надежные способы декарбонизации, диверсификации и сохранения большей ценности по всей цепочке поставок, биогибрид, способный к самоосвещению, демонстрирует, что биомасса может стать опорой для неожиданных функций, не жертвуя при этом своей биологической идентичностью.
Для наблюдателя вопрос не в том, будем ли завтра строить дома с люминесцентными лампами. Более интересен другой вопрос: сколько неизученных свойств можно извлечь из природных материалов, если мы перестанем рассматривать их лишь как пассивные ресурсы? Швейцарский проект предполагает, что некоторые из следующих инноваций в области материалов будут связаны не только с новыми полимерами или новыми чипами, но и со способностью... вести переговоры с живыми процессами и преобразовать их в полезные, управляемые и имеющие промышленное значение архитектуры.
С этой точки зрения, светящееся дерево — это не столько законченный объект, сколько указатель. Оно предполагает, что будущее материи может всё меньше отделяться от биологии и всё больше формироваться в рамках её логики.
Вот три идеи, которые могут вас заинтересовать:
Парма все чаще становится страной обетованной для восстановления городских лесов
Как линии деревьев меняют жизнь в альпийских озерах
Существует инновационный eDrone, который собирает экологическую ДНК деревьев
