پرینتر‌های سه بعدی به کمک صخره های مرجانی می‌آیند

پرینتر‌های سه بعدی به کمک صخره های مرجانی می‌آیند

به گزارش گلونی صخره های مرجانی باستانی‌ترین و متنوع‌ترین اکوسیستم‌های سیاره به شمار می‌روند. سنگفرشهای مرجانی مملو از مجموعه‌ای از ارگانیسم‌ها از جمله مرجان‌ها و ماهی‌ها هستند که نشان دهنده یک پناهگاه غنی از تنوع زیستی هستند.

آنها فراتر از اهمیت اکولوژیکی خود، برای میلیون‌ها نفر در سراسر جهان غذا و اشتغال ایجاد می‌کنند و ارزش اقتصادی فراوانی دارند با این حال، این اکوسیستم‌های حیاتی با خطرات قریب‌الوقوعی مواجه هستند، در درجه اول به دلیل تغییرات آب و هوایی، در کنار عوامل استرس‌زای محلی مانند ماهیگیری، تخریب زیستگاه، و افزایش آلودگی.

پیش بینی‌ها نشان می‌دهد به طور نگران کننده ای بیش از نیمی‌از مرجان‌ها ممکن است ظرف سه دهه ناپدید شوند، و کنوانسیون تنوع زیستی را وادار کرد تا آنها را به عنوان «به شدت در معرض خطر انقراض» طبقه بندی کند. برای مقابله با این بحران، راه حلی در قالب ساخت  مرجان‌های با استفاده از فناوری‌های سه بعدی پدید آمده است .

در سراسر صنایع، موسسات، نهادهای بین‌المللی و مراکز تحقیقاتی،  از پرینتر‌های سه بعدی برای  کاربرد‌های مختلف استفاده می‌کنند.

به تازگی  پیشرفت قابل توجهی از طریق چاپ سه بعدی برای حفاظت از تنوع زیستی اقیانوس  و تولید صخره‌ه‌ای مرجانی مصنوعی با استفاده از تکنیک‌های چاپ سه بعدی‌ها حاصل شده است.

در ادامه چندین پروژه قابل قابل توجه که که از فناوری‌های سه بعدی برای حمایت از حفاظت از تنوع زیستی دریایی استفاده می‌کنند معرفی می‌گردد.

D-Shape و پروژه حفاظت از خلیج هنگ کنگ

شرکت ایتالیایی D-Shape به دلیل طراحی سفارشی صخره‌های خود که برای خلیج هنگ کنگ طراحی شده بود، مفتخر به دریافت جایزه طراحی برای آسیا در سال ۲۰۲۲ شد. این ابتکار آخرین گامی‌است که توسط اداره فرودگاه هنگ کنگ برای حفاظت از محیط زیست دریایی محلی انجام شده است.

در مجموع ۱۰۰ سازه صخره مصنوعی به صورت استراتژیک برای تقویت رشد جامعه متنوعی از ارگانیسم‌ها، از جمله صدف‌ها، اسفنج‌ها و جلبک‌ها  در دریا قرار گرفتند. این صخره‌ها که در ساختارهای حلقه‌ای شکل با سوراخ‌هایی با اندازه‌های مختلف ساخته شده‌اند، با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی و ترکیبی از سنگدانه‌های معدنی و چسب‌های سیمان  مخصوص ساخته شده‌اند.

سپس صخره‌ها برای پایداری در زیر آب به سازه‌های بامبو چسبانده شدند. در نتیجه، صخره‌های مصنوعی پرینت سه‌بعدی شده آماده هستند تا زیستگاهی برای حیات دریایی فراهم کنند و به بازسازی اکوسیستم  مرجانی کمک کنند.

منبع : DFA Design for Asia Awards/D-Shape)

بزرگترین صخره مرجانی پرینت سه بعدی در جهان

با تلف شدن ۵۰ درصد از صخره‌ها در سه دهه گذشته، اقدامات برای مقابله با تهدیداتی مانند تغییرات آب و هوایی، صید بی رویه، و آسیب‌های ناشی از انسان ضروری است. آزمایشگاه طراحی مرجان استرالیا با بهره گیری از فناوری پرینت سه بعدی، با تولید بزرگترین صخره مرجانی مصنوعی چاپ سه بعدی شده جهان در مالدیو، به نقطه عطف مهمی‌دست یافته است.

این دستاورد شامل ایجاد قالب‌های سه بعدی پیچیده با تقلید از ساختارهای صخره‌های طبیعی بود که با استفاده از مواد سرامیکی شبیه کربنات کلسیم موجود در صخره‌های طبیعی تولیده شده است

این سازه‌ها در آب قرار گرفته و با مرجان‌های زنده پر شدند، با این پیش‌بینی که حیات دریایی جدید را پرورش دهند و به‌عنوان صخره‌های زنده شکوفا شوند.

این تلاقی فناوری و حفاظت، نویدبخش حفاظت از اقیانوس‌ها و پرورش تنوع زیستی دریایی است، زیرا تلاش‌ها برای دوباره  احیای و زنده کردن مجدد این اکوسیستم‌های ارزشمند برای نسل‌های آینده ادامه دارد.

مرجان‌های چاپ سه بعدی  شده برای رشد جلبک‌های میکروسکوپی

جلبک‌ها و مرجان‌ها در یک مشارکت سودمند متقابل شرکت می‌کنند که در آن مرجان به‌عنوان میزبان جلبک عمل می‌کند، که با تولید قند از طریق فتوسنتز برای تغذیه مرجان عمل می‌کند.

این همکاری همزیستی برای رشد صخره‌های مرجانی بسیار مهم است. با درک این وابستگی متقابل، دانشمندان دانشگاه کمبریج و دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو در ایجاد ساختارهای مرجانی پرینت سه بعدی  شده با استفاده از فناوری پرینت زیستی سه بعدی پیشرفته پیشگام شدند.

این ساختارهای مرجانی مهندسی شده، کشت جلبک‌های میکروسکوپی را تسهیل می‌کند. ‌مرجان‌های بیونیک با استفاده از مواد منحصراً زیست‌سازگار، از طریق ترکیبی از ژل‌های پلیمری و هیدروژل‌های تزریق شده با نانومواد سلولزی ساخته می‌شوند که دقیقاً ترکیب بافت‌های مرجانی را تقلید می‌کنند.

سرعت فرآیند چاپ زیستی سه بعدی به عنوان یک مزیت قابل توجه است که امکان تولید این ساختارها را در عرض چند دقیقه فراهم می‌کند و در عین حال زنده بودن سلول‌های محصور را تضمین می‌کند.

چگونه SECORE مرجان‌ها را رشد می‌دهد

چند شرکت با  همکاری با سازمان حفاظت از محیط زیست در پروژه احیای جنسی  مرجانها (SECORE (Sexual Coral Reproduction)) در یک ابتکار مشترک که بر درک رفتارهای تولید مثلی مرجان‌ها متمرکز شده اند، محقیق در این طرح تخم‌ها و اسپرم‌های مرجانی را جمع‌آوری می‌کند و آنها را در محیط‌های کنترل‌شده تا زمانی که به لارو شناور تبدیل می‌شوند، پرورش می‌دهد.

متعاقبا، این لاروها در ساختارهای چاپ سه بعدی قرار می‌گیرند که برای جذب و تسهیل اتصال مرجانی طراحی شده اند. پس از چسباندن محکم، این سازه‌ها به صورت استراتژیک در مناطق صخره ای به منظور بازسازی قرار می‌گیرند.

در طول این دوره، سازه‌ها با استفاده از مواد سرامیکی که ازشرکت بوستون سرامیک تهیه می‌شود، و فرآیند چاپ سه‌بعدی توسط  شرکت (Emerging Objects)  انجام می‌شود.

شرکت WWF صخره‌های پرینت سه بعدی برای بازسازی ماهی کاد و صدف

پروژه WWF از طریق ابتکارات مختلف به حفظ تنوع زیستی اختصاص دارد. به عنوان مثال، در سال ۲۰۱۸، یک مشارکت استراتژیک بین شرکت انرژی دانمارکی استاد و شرکت WWF دانمارک ایجاد شد که منجر به استقرار یک صخره پرینت سه بعدی در منطقه کاتد کات دریای شمال، واقع بین دانمارک و سوئد شد.

هدف اصلی ارزیابی سهم ساختارهای پرینت سه بعدی در تنوع زیستی بود. کاهش جمعیت ماهی کاد باعث ایجاد اختلالاتی در زنجیره غذایی طبیعی می‌شود، از این رو ایجاد صخره‌های چاپ سه‌بعدی برای تسهیل بازیابی تعادل اکولوژیکی استفاده شده است.

این پروژه در دانمارک، فعالیت خودر را اغاز کرده است، اگرچه( WWF) قبلاً تجربه ساخت صخره‌های پرینت سه بعدی را با همکاری شرکت WWF هلند و همکاری شرکت استرالیایی Reef Design Lab و شرکت ایتالیایی D-Shape آغاز نموده بود. در دریای شمال، واحدهای صخره‌های پرینت سه بعدی شده برای جوان‌سازی صخره‌های پرورش دهنده صدف مورد استفاده قرار گرفتنه است.

این واحدها که در روتردام ایجاد شده اند از ۷۰ درصد ماسه و ۳۰ درصد سیمان پازولان تشکیل شده اند. تقریباً ۵۰ واحد صخره‌ای با ابعاد ۵۰×۱۲۰ سانتی‌متر مستقر شدند و نظارت مداوم با پیشرفت تحقیقات همچنان ادامه دارد.

زیستگاه مرجانی «سی باست» برای غواصان در جنوب فرانسه

در سال ۲۰۲۲ بعد از  سه سال، یک دهکده ساخته شده از صخره‌های مصنوعی از طریق چاپ سه بعدی تولید شده  ودر دریای مدیترانه، در نزدیکی جزیره برسکو در جنوب فرانسه نصب شده است. ماژول مرکزی، دارای ابعاد ۶.۵ متر ارتفاع است.

طول عرض ان  ۸×۶ متر، در حال حاضر در ذخیره‌گاه دریایی در عمق ۲۰ متری به همراه ماژول‌های ثانویه کوچک‌تر قرار دارد. هدف اصلی این تلاش کاهش فشار بر ذخایر طبیعی ناشی از فعالیت‌های لنگر انداز توسط قایق‌های غواصی و در نتیجه حفاظت از زیستگاه‌های مرجانی طبیعی است.

 با ایجاد این سایت ساخته شده، می‌توان غواصان را از سایت‌های حساس مرجانی طبیعی دور کرد. این ابتکار بخشی از برنامه ملی است و توسط اداره محیط زیست دریایی شهر آگده، با مشورت باشگاه‌های غواصی منطقه ای و انجمن‌های دریایی اجرا شد

ناظر این پروژه شرکت اکولوژیکال اینجنیرینگ با مشارکت  شرکت مرکزی مارسی بود، در حالی که شرکت‌های تخصصی مانند اکیش تری ای و سی بی کنستراکشن تخصص خود را چاپ سه بعدی با استفاده از بتن سه بعدی کم کربن برای طراحی دیوارها بکار گرفته اند. اخرین بخش پروژه در آوریل ۲۰۲۲ به پایان رسیده است.

منبع عکس: سی بست، منطقه حفاظت شده دریایی Côte Agathoise

ربات چتر دریایی چاپ سه بعدی شده

در پیگیری حفاظت از دریا، چندین رویکرد نوآورانه برای حفاظت از اکوسیستم‌های دریایی در معرض تهدید مانند صخره‌های مرجانی در حال ظهور است. یکی از این رویکردها شامل ایجاد عروس دریایی رباتیک منحصر به فرد با استفاده از فناوری  چاپ سه بعدی به نام «Jellybots» است که توسط دانشگاه فلوریدا آتلانتیک و دفتر تحقیقات نیروی دریایی ایالات متحده توسعه یافته است.

این روبات‌های پیچیده طراحی شده حرکات عروس دریایی واقعی را تقلید می‌کنند و به آنها امکان می‌دهند در فضاهای محدود در صخره‌های مرجانی حرکت کنند و زباله‌ها را بدون آسیب رساندن جمع‌آوری کنند. هدف Jellybots که به عنوان نگهبان اقیانوس‌ها عمل می‌کند، نظارت و محافظت از این محیط‌های شکننده است.

با شاخک‌های هیدرولیکی که توسط پمپ‌های پروانه کار می‌کنند، Jellybots به زیبایی در آب مانور می‌دهند و حرکت موج دار عروس دریایی را شبیه سازی می‌کنند. با تکامل این فناوری، محققان آرزو دارند این نگهبانان روباتیک را به حسگرهای محیطی و الگورچتر دریاییتم‌های ناوبری پیشرفته مجهز کنند تا به تحقیقات دریایی و تلاش‌های حفاظتی کمک کنند.

منبع: اریک انگبرگ

ارچی ریف؛ کاشی‌های شش ضلعی سفالی در هنگ کنگ چاپ می‌شوند

به عنوان بخشی از ابتکار ارچی ریف با هدف بازسازی مرجان‌ها در آب‌های هنگ کنگ، سازه‌های شش ضلعی متشکل از سفال (خاک رس) با استفاده از چاپ سه بعدی ساخته می‌شوند تا به عنوان سکوهای استقرار مرجان‌ها عمل کنند.

هدف جایگزینی زیستگاه‌های مرجانی موجود نیست، بلکه تحریک رویش مرجانها با حضور مجدد گونه‌های آبزیی است انتخاب فرم شش ضلعی از طبیعت الهام گرفته شده است که منعکس کننده اصول بیومیمیک است.

فرآیند تولید شامل یک ربات صنعتی با شش محور بود که با یک اکسترودر خاک رس، با استفاده از تکنیک نوشتن جوهر مستقیم (DIW) کاری می‌کند.

الگوریتم که برای طراحی کاشی‌ها سفالی استفاد شده به گونهای استکه باعث افزایش سازگاری با محیط‌ها و موجودات مختلف، به ویژه حرا و صدف، شده است  تولید افزودنی توسط مبتکران پروژه ارچی ریف به دلیل ظرفیت آن برای ترکیب پارامترهای خاص سایت و پرورش سفارشی سازی شده است تا برای گونه‌های مرجانی مختلف در جهانی قابل استفاده باشد.

علاوه بر این، فرم و الگوریتم تولید به ایجاد فرم‌های پیچیده فراتر از قابلیت‌های روش‌های ریخته‌گری معمولی را امکان‌پذیر کرده است، در حالی که مقرون به صرفه  نیز هستند.

پروژه ارچی ریف بر ایجاد ساختارهای دقیق و در مقیاس کوچک متمرکز است تا میکروارگانیسم‌های بسیار آسیب‌پذیر را در خود جای دهد و در نتیجه تنوع زیستی را تقویت کند.

منبع عکس: ارچی ریف

صخره‌های پرینت سه بعدی شده در دبی

دبی، مانند بسیاری از شهرهای ساحلی، به دلیل تغییرات اقلیمی با چالش‌هایی از جمله بالا آمدن سطح آب دریاها مواجه است. به این ترتیب، این شهر به طور فزاینده ای روی احیای دریا به عنوان راهی برای رسیدگی به این مسائل، از جمله در مورد صخره‌های خلیج فارس، کار می‌کند.

برای مثال  شاخص  این اقدامات می‌توان به طرح  دبی ریفز اشاره کرد، ابتکاری به رهبری URB که خود یک بازیگر برجسته در پیشرفت شهرهای پایدار است. این پروژه امیدوار است اکوسیستم‌های ساحلی دبی از جمله از طریق ایجاد یک صخره مصنوعی به مساحت ۲۰۰ کیلومتر مربع بهبود یابد.

این کار با پرینت سه بعدی ساخته می‌شود تا شکل‌ها و بافت‌های مختلف را برای هماهنگی بهتر با محیط‌های طبیعی ایجاد کند. چاپ زیستی همچنین به منظور توسعه بیوموادهایی که می‌توانند میزبان ریزجلبک‌های زنده باشند، استفاده خواهد شد.

نجات سنگ مرجانی بزرگ با چاپ سه بعدی

یکی از عجایب هفتگانه طبیعی جهان، دیواره مرجانی بزرگ یکی از مقاصد اصلی توریستی استرالیا است. با این حال، مانند بسیاری از صخره‌های دیگر در سراسر جهان، در سال‌های اخیر آسیب زیادی دیده است و در نتیجه افزایش دمای دریا، صید بیش از حد و آلودگی، سفید شده است.

به همین دلیل است که تحقیقات زیادی برای نجات این مکان نمادین از جمله از طریق استفاده از چاپ سه بعدی انجام می‌شود. یک پروژه خاص که توسط دانشگاه علم و فناوری ملک عبدالله در عربستان سعودی حمایت شده است، از چاپ زیستی برای انتقال سلول‌های زنده به مدل‌های سه بعدی ساخته شده به منظور بازسازی مرجان‌های زنده جدید استفاده می‌کند.

در اصل، این تیم از یک قالب سیلیکونی ساخته شده با جوهر کربنات کلسیم سازگار با محیط زیست استفاده می‌کند که مرجان می‌تواند روی آن رشد کند زیرا سطح بسیار مشابهی با اسکلت مرجان دارد.

مزیت این پروژه این است که امکان رشد بسیار سریع‌تر مرجان‌ها را نسبت به روش‌های دیگر فراهم می‌کند و تحقیقات بیشتری در حال انجام است تا ببینیم آیا در آینده چاپ سه‌بعدی زیر آب حتی برای کاربردهای بیشتری نیز امکان‌پذیر خواهد بود یا خیر.

منبع عکس: آناستازیا سرین، دانشگاه علم و صنعت ملک عبدالله

 شرکت کانستراکشن به دنبال محافظت از سواحل است

ایجاد صخره‌های مصنوعی یکی از راه‌های پیشرو برای مقابله با تخریب مرجان‌ها در سراسر جهان است، همانطور که در جاهای دیگر این فهرست دیده ایم. شرکت دیگری که از پرینت سه بعدی و مواد پایدار برای ایجاد صخره‌های پرینت سه بعدی استفاده می‌کند کانستراکشن است.

اگرچه این شرکت هنوز پروژه‌های زیادی ندارد، اما تنها با چاپ با مواد طبیعی که به صورت مخلوط پودر خشک ساخته می‌شود، خود را متمایز می‌کند.

هد چاپگر به طور انتخابی آب را به عنوان یک فعال کننده برای سیمان به‌دست‌آمده رسوب می‌کند و اجازه می‌دهد تا بخش جامد مخلوط خشک تشکیل شود، مانند جت بایندر.

سپس این شرکت قادر به ساخت اشکال ارگانیک پیچیده هندسی است که از طبیعت الهام گرفته شده اند تا صخره‌های مصنوعی جدید را برای محیط محلی بهینه کنند.

این تیم قبلاً صخره‌هایی را در ساردینیا و مالدیو نصب کرده است.

منبع

پایان پیام

تهیه و گردآوری: مصیب شیرانی، پژوهشگر و فعال محیط زیست