Работа над так называемыми интеллектуальными материалами все чаще ведется. Одним из них является биобетон, способный революционизировать не только способы создания военной инфраструктуры, но и ее обслуживания. Ключом здесь являются бактерии, которые могут, например, подготовить место посадки за 96 часов, чтобы выдержать запуск даже тяжелых транспортных машин.
Это может выглядеть так: в какой-то момент солдаты должны быть размещены как часть миссии. Он не будет постоянной базой, но мы должны подготовить всю инфраструктуру. Вам понадобится аэропорт для перемещения людей и оборудования. Не стоит строить бетонные взлетно-посадочные полосы, но импровизированный посадочный полигон с незащищенным грунтом не является хорошим решением: облака пыли, выдуваемые в воздух винтами, не служат долговечности оборудования, а неустойчивый грунт препятствует взлетам и посадкам. Что теперь? Потеря времени и ресурсов на то, чтобы обрушить здание, отказаться от инфраструктуры, построенной с большим трудом за несколько месяцев?
Это не миф.
Есть способ сделать это: просто нанять... специализированные бактерии. Они сделают всю работу, и посадочная площадка поднимется, как сон. Нет, это не шутка. Американцы уже успешно протестировали подобные решения в рамках концепции, поддерживаемой Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов. Проект получил название «Медуза» из-за аналогии с древним мифическим существом, которое превратило все живое в камень. Идея американцев та же: превратить неопределенную землю в твердую оболочку, которая будет достаточно прочной и стабильной, чтобы обеспечить безопасную посадку. Процедура совсем не сложна: нужно распределить по участку достаточное количество бактерий, а затем накормить их соленой водой, доставить мочевину и кальций — и они легче доступны и дешевле цемента. Эффект заключается в том, что бактерии начинают химический процесс, конечным результатом которого является затвердевшее место посадки.
Испытания технология Они уже проводили специалистов из Biomason в июле 2021 года в сотрудничестве с американскими военными на базе ВВС Андерсена на тихоокеанском острове Гуам. Испытания доказали полезность этого метода: ему удается подготовить посадочный полигон, способный выдержать запуск даже тяжелых транспортных машин в течение 96 часов.
Саморегенерация
Но Строительство временной инфраструктуры - это одно, а что еще - поддержание ее в хорошем состоянии. уже существующей. Помимо неоспоримых преимуществ бетона, у него есть и свои недостатки: со временем он крошится, трескается и начинает терять свою главную особенность – выносливость. По этой причине бетонная инфраструктура - взлетно-посадочные полосы, посадочные площадки, маневренные зоны, пристани для учений и порты - должна регулярно контролироваться и при необходимости ремонтироваться. Поскольку бетон является основным строительным материалом и в армии, он становится серьезным: затраты на содержание, реконструкцию и реконструкцию военной инфраструктуры ежегодно уходят в большие миллионы.
Думаю, будет лучше, если она сама по себе. Именно по этой причине проводятся очень обширные исследования материалов, которые позволят это сделать, т.е. тех, кто способен восстановить свою собственную структуру после повреждения. «В Польше у нас пока нет хорошего названия для того, что на английском языке называется самовосстанавливающимися материалами», — объясняет профессор. Ежи Я. Собчак с литейного факультета Университета науки и технологии АГХ в Кракове. «Я встречал много терминов: самовосстановление, самовосстановление, самоисцеление, самовозобновление, самоупорядочение», — добавляет он. Поскольку большая часть военной инфраструктуры создается с использованием бетона, исследования по так называемой саморегенерации этого материала кажутся особенно важными. "Концепция направлена на использование так называемого целебного агента. Когда в материале возникают повреждения, трещины или трещины, он должен иметь возможность автоматически восстанавливать функциональность, — указывает профессор.
Проверяются различные методы саморегенерации бетона. Например, готовится специальная бетонная смесь, которая содержит микрокапсулы с целебным средством. «Когда происходит трещина, микрокапсулы начинают работать», — объясняет профессор. Собчак — целебный агент просачивается в эти трещины, заполняет их, и благодаря катализатору, который находится в бетоне, химический процесс, который вызывает разрыв. Другим методом является введение специальных минеральных добавок в бетонную смесь. В случае образования трещины минеральные агенты расширяются, набухают, также в присутствии воды, и в конечном итоге заполняют трещину, — говорит профессор Собчак. Методы также тестируются с использованием композитов, особенно так называемых многофункциональных материалов. Более грубо говоря, они используют механизм действия ECC, который превращает трещины в микропятна, и они больше не так опасны для всего материала.
Сотрудник Biomason в рамках проекта Medusa «кормит» бактерии, чтобы затвердеть поверхность взлетно-посадочной полосы. Дарем, Северная Каролина
бактерии в действии
Самые передовые и перспективные работы, похоже, касаются так называемого биобетона. В нем используются специально подобранные штаммы бактерий, способные осаждать карбонат кальция, химическое соединение, входящее в состав строительных материалов, включая, прежде всего, цемент. Методы его подготовки различны. Одна предполагает смешивание бетона с бактериями, закрытыми в специальных капсулах, содержащих мочевину и кальциевую соль, — говорит доктор Агата Горылук-Сальмонович из отдела биохимии и микробиологии Варшавской школы экономики. Эти бактерии образуют так называемые споры или специальные формы, чтобы выжить в неблагоприятных условиях окружающей среды, таких как высокая соленость или недостаток воды. В этой форме бактерии могут выживать месяцы или даже годы, ожидая условий, полезных для развития, — объясняет доктор Горилук-Сальмонович. А при появлении воды и питательных веществ споры прорастают и образуют бактериальную форму, способную к размножению.
Как только бетон выливается и замораживается, споры способны спать, но когда в их окрестностях есть вода (трещина структуры), они производят активные бактерии. Бактерии начинают обрабатывать метаболические процессы, используя питательные вещества, содержащиеся в капсуле. Побочным продуктом этих реакций является карбонат кальция, который образует твердые структуры. Осажденный карбонат кальция кристаллизуется и восполняет ущерб, — описывает доктор Горылук-Сальмонович. Другой способ использования бактерий заключается в размещении так называемого связывающего раствора вместо разрыва. Он содержит бактерии и питательные вещества, то есть то, что необходимо для запуска процесса, следствием которого является «лечение» бетонных трещин.
В дополнение к вышеупомянутой программе «Медуза» американцы также возглавляют другие. Например, био-вдохновленная реставрация старых бетонных редакторских статей кажется очень многообещающей. Способ увеличения срока службы конкретной военной инфраструктуры состоит в том, чтобы сформировать некую сосудистую систему в самом бетоне, следуя образцу, существующему в многоклеточных организмах. Предполагается, что это даст бетону способность к саморегенерации не только на поверхности, но и глубоко внизу, прежде чем трещина станет видимой.
В сотрудничестве с Министерством обороны США также разрабатывается программа «Инженерный живой морской цемент», которая проверяет использование бактерий для регенерации военной инфраструктуры в морской среде (например, пристани для яхт или волнорезов) и даже стабилизирует морское дно в чувствительных местах. DARPA также спонсирует программу Reefense, которая направлена на развитие саморегенерирующихся структур, имитирующих морские рифы. Их задача будет заключаться в дополнении или даже замене традиционного бетона при строительстве прибрежных укреплений и защите морской военной инфраструктуры от эрозии и разрушений, вызванных штормами.
Не так далеко впереди
А как насчет перспектив? Вот так. Технологии, требующие дальнейших исследований. Основные параметры процесса, особенно состав среды в капсуле, должны быть отработаны так, чтобы не привести, например, к коррозии арматуры, которая может быть строительным каркасом бетонной конструкции, - допускает доктор Агата Горылук-Сальмонович. Проблема также в стоимости производства биобетона, намного выше, чем у традиционного материала. Стоит, однако, помнить, что конструкции из биобетона не потребуют ремонта или дорогостоящего ремонта, так как это самовозрождающийся бетон.
Поскольку многие научные центры в мире работают над этой технологией, ее доработка, а затем и широкое применение — в том числе и в военной сфере — кажется не таким уж далеким. Его преимущества многочисленны.
