Modulaarinen bioreaktori, joka kasvattaa 3D-materiaaleja bakteerien avulla ja tuottaa jätteestä erittäin tehokkaita biohajoavia tuotteita, kuten sidetarvikkeita, biokomposiitteja ja biotekstiilejä.
Sisällysluettelo
• Modulaarinen bioreaktori, joka kasvattaa 3D-materiaaleja bakteerien avulla.
• Korvaa ympäristöä pilaavan muovin ja tekstiilit biohajoavilla biotekstiileillä.
• Käyttää orgaanista jätettä raaka-aineena.
• Sovelletaan lääketieteessä, muodissa, suunnittelussa ja muilla aloilla.
• Royal College of Art -korkeakoulussa kehitetty projekti jatkaa laajentumistaan.
Mihin sitä tarvitaan?
Hydra on bioteknologinen alusta, joka yhdistää mikro-organismien viljelyn edistyneisiin suunnittelu- ja tuotantoprosesseihin biohajoavien 3D-materiaalien luomiseksi . Tämä saavutetaan käyttämällä bakteereja rakennusmateriaaleina ja orgaanista jätettä ravintolähteenä, mikä poistaa riippuvuuden fossiilisista tai synteettisistä materiaaleista.
Toisin kuin muut järjestelmät, Hydra ei rajoitu tasaisiin levyihin. Sen avulla voidaan tuottaa monimutkaisia rakenteita , kuten hoitokäsineitä, jalkineita tai tekstiilipäällysteitä, ilman leikkaamista, ompelemista tai liimaamista. Tämä vähentää merkittävästi perinteisiin prosesseihin liittyvää jätteen määrää ja energiankulutusta.
Sen vaikutus korostuu erityisen ympäristöä pilaavissa aloissa, kuten tekstiiliteollisuudessa ja lääketieteessä , joissa päivittäin heitetään pois tonneittain kertakäyttöisiä tuotteita, jotka on valmistettu öljytuotteista.
Tämä projekti syntyi vastauksena yleiseen pettymykseen biodesignin maailmassa: kuilu elävien materiaalien luomisen mahdollisuuksien ja niiden laajentamiseen tarvittavien työkalujen puuttumisen välillä. Suurin osa biotuotannon innovaatioista jää laboratorio-olosuhteisiin, rajoittuneina nykyisen teollisuuden mahdollisuuksiin.
Ajankohtaisuus johtuu myös valtavista jätteistä muoti- ja haavojen hoidon aloilla. Tekstiiliteollisuus tuottaa vuosittain lähes 92 miljoonaa tonnia jätettä, josta suurinta osaa ei voida kierrättää. Kertakäyttöiset siteet ja sidokset päätyvät usein kaatopaikoille yhden käyttökerran jälkeen. Hydra tarjoaa todellisen tien regeneratiivisten, erittäin tehokkaiden ja ympäristöystävällisten materiaalien luomiseen.
Kuinka se toimii
Hydra on biotuotannon alusta, joka yhdistää bioreaktorin toiminnot ja edistykselliset tuotantoteknologiat. Se käyttää viittä eri menetelmää – sisäistä ja ulkoista pyörimistä, vuorovesikasvua, bakteerihitsausta ja muita – materiaalien kasvattamiseen yksilöllisten muotojen, jopa monimutkaisten kolmiulotteisten muotojen ympärille.
Tärkeimmät ominaisuudet:
- Mukautettavuus : mahdollistaa erilaisten mikro-organismien kasvattamisen lämpötilan, kosteuden ja pH-arvon säätelyn avulla.
- Käyttökelpoisuus: kannettava rakenne mahdollistaa laitteen käytön laboratorioissa, syrjäisillä alueilla tai kriisin jälkeisissä tilanteissa.
- Modulaarisuus: voidaan helposti konfiguroida uudelleen erilaisiin tieteellisiin, luoviin tai teollisiin tarkoituksiin.
- Skaalautuvuus: yhdistää kokeelliset laboratoriomittakaavat teolliseen tuotantoon.
Nykyiset sovellukset:
- Haavojen hoito: hengittävät ja antibakteeriset sidokset, jotka alustavien tulosten mukaan nopeuttavat paranemista jopa 75 %.
- Pyöreät tekstiilit: kierrätettävä biopinta, joka on saatu vahvistamalla bakteeriselluloosaa kierrätetyllä puuvillalla.
- Tuote- ja jalkineiden suunnittelu: saumattomat ja liimattomat esineet, jotka kasvatetaan suoraan lopulliseen muotoonsa.
Suunnitteluprosessi
Hydra on kehitetty Royal College of Art -yliopiston monialaisessa tiimissä, joka yhdistää muotoilun, bioteknologian ja materiaalitieteen. Prosessi alkoi yli 15 haastattelulla asiantuntijoiden ja alan ammattilaisten kanssa, jotta voitiin ymmärtää biotuotannon nykyisiä rajoituksia.
Varhaiset kokeilut eivät tuottaneet tulosta keskeisen teknisen ongelman vuoksi: suurin osa bakteereista lisääntyy vain ilman ja nesteen rajapinnalla . Tämä rajoitus johti kokeiluihin dynaamisilla ympäristöillä. Läpimurto tapahtui, kun esiin tuli liikkuvan fermentaation käsite, joka paransi ravinteiden kuljetusta ja nopeutti kasvua.
Seuraavissa versioissa integroitiin Arduinolla ohjattu liike, lämmitysjärjestelmät, HEPA-suodattimet saastumisen estämiseksi, UV-valo sterilointia varten ja modulaariset muotit, joiden avulla voidaan luoda erilaisia muotoja.
Tuloksena ei ollut pelkkä kone, vaan joustava alusta, joka on kehitetty lukuisien testausjaksojen aikana, testattu todellisissa olosuhteissa ja suunniteltu siten, että sitä voidaan kehittää käyttäjän tarpeiden mukaan.
Mikä tekee siitä erilaisen?
Hydran erottuva piirre ei ole vain se, mitä se tekee, vaan myös se, miten se tekee sen . Materiaalien kasvattaminen suoraan 3D-tekniikalla on radikaali poikkeama nykyisistä menetelmistä, jotka perustuvat tasomaisten osien leikkaamiseen ja kokoamiseen.
Hydra on ensimmäinen modulaarinen järjestelmä, joka yhdistää mikrobien kasvun useisiin 3D-muovausmenetelmiin, mikä mahdollistaa puhtaampien, nopeampien ja vähemmän jätettä tuottavien rakenteiden valmistamisen verrattuna perinteisiin teollisiin prosesseihin.
Se on yhteensopiva eri elämänmuotojen kanssa: bakteerien, sienien ja toiminnallisten organismien. Se voi myös käyttää ravintona maatalouden orgaanisia jätteitä, mikä vähentää entisestään sen ympäristövaikutuksia.
Toisin kuin muut laboratorioreaktorit, Hydra on suunniteltu liikkuvuutta, uudelleenkonfiguroitavuutta ja yhteiskäyttöä silmällä pitäen, mikä mahdollistaa sen käytön tutkijoille, suunnittelijoille, insinööreille ja yrittäjille. Sen sijaan, että se rajoittaisi innovaatioita, se vahvistaa niitä .
Tulevaisuuden suunnitelmat
Hydra on saavuttanut teknologisen kypsyystason TRL 3 ja on tällä hetkellä optimointivaiheessa. Uusia käyttömahdollisuuksia tutkitaan seuraavilla aloilla:
- Regeneroiva muoti ja ylelliset biotekstiilit .
- Keinonahka ja kudokset implantteja varten .
- Auton sisätilojen verhoilu .
- Biohajoava kertakäyttöinen pakkaus .
Konkreettisten tuotteiden lisäksi Hydra edustaa uutta tuotantomallia : siirtymistä staattisten esineiden valmistuksesta elävien järjestelmien kasvattamiseen , jossa suunnittelu liittyy biologiseen älykkyyteen.
Kehitteillä on kaupallinen versio laboratorion bioreaktorin ja lisensoitavan alustan muodossa, ja keskipitkällä aikavälillä on tarkoitus luoda hajautettuja elävien tehtaita, jotka pystyvät tuottamaan regeneratiivisia materiaaleja tilauksesta ja paikallisista jätteistä.
Potentiaali
Hydra ei tarjoa vain uutta tapaa tuottaa materiaaleja: se tarjoaa todellisen vaihtoehdon lineaariselle taloudelle , jossa tuotanto ja kierrätys eivät ole enää ainoa tie.
Käyttämällä orgaanista jätettä raaka-aineena Hydra muuttaa ympäristöongelman resurssiksi. Sen sijaan, että se ottaisi yhä enemmän resursseja planeetalta, se tarjoaa toisen elämän jo olemassa oleville materiaaleille .
Sen materiaalit ovat biohajoavia, regeneroituvia ja niillä on minimaalinen vaikutus ympäristöön , mikä vähentää riippuvuutta synteettisistä polymeereistä, erityisesti aloilla, joilla syntyy paljon jätettä. Tuotannon hajauttaminen antaa yhteisöille, osuuskunnille ja pienille työpajoille mahdollisuuden viljellä omia materiaalejaan, mikä vähentää kuljetusten päästöjä ja vahvistaa paikallista taloutta.
Lisäksi järjestelmän monipuolisuus mahdollistaa sen humanitaarisen käytön: siteiden kasvattamisesta paikan päällä hätätilanteissa kestävään pakkausmateriaaliin, jota kasvatetaan maaseudulla, jossa ei ole pääsyä teolliseen infrastruktuuriin.
Hydra avaa näkymän, jossa tuotanto muuttuu biologisemmaksi, paikallisemmaksi, tehokkaammaksi ja eettisemmäksi . Tämä on välttämätön askel, jos haluamme muuttaa tuotantotapoja maailmassa, joka on jo ylittänyt kapasiteettinsa.
