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Jan 14, 2024

곰팡이로 미래를 건설하다

재생 가능한 건축 자재에 대한 탐구는 토목 분야의 교수들을 이끌고 있습니다.

재생 가능한 건축 자재에 대한 탐구는 토목공학 및 건축학 교수들을 예상치 못한 버섯의 세계로 인도합니다.

Zhao Qin 교수(가운데)는 대학원생 및 학부생과 협력하여 분자 수준에서 버섯 균사체의 전체적인 모델을 만들고 대규모 건축 용도에 대한 균사체의 잠재력에 대한 통찰력을 제공합니다.

Zhao Qin과 Nina Sharifi가 새로운 교수진으로 Syracuse University에 도착했을 때 그들은 각자의 목표를 달성하려면 학제 간 협력이 필수적이라는 것을 알고 있었습니다. 건축대학 교수인 Sharifi는 건물 건설에 재생 가능한 재료를 사용할 수 있다는 가능성에 흥미를 느꼈습니다. 토목 및 환경 공학 교수인 Qin은 동물, 식물 또는 곰팡이에서 생산된 재료의 구조적 용도를 탐구하고 싶었습니다.

2019년에 시러큐스 공학 및 컴퓨터 과학 대학에 입학한 Qin은 "나는 '어떤 종류의 생체 재료를 사용하면 나노 규모의 재료 연구에서 기반 시설이나 대규모 설계와 같은 토목 공학 응용 분야로 확장할 수 있을까?'라고 계속 생각했습니다."라고 말했습니다. 박사 학위를 취득하고 MIT에서 미세한 단백질 네트워크의 역학을 연구하는 연구 과학자로 일하고 있습니다.

Qin과 Sharifi는 버섯 성장 중에 생성되는 뿌리 모양의 곰팡이 생체 물질인 균사체에서 공통점을 찾았습니다. 균사체는 토양 아래에 섬유질 네트워크를 형성하며 식물 성장과 건강에 필수적입니다. 그 가닥은 식물 폐기물과 결합하여 단열 특성을 갖춘 폼, 패널 또는 단단한 벽돌의 형태를 취할 수 있는 지속 가능한 건축 자재로서 엄청난 가능성을 보여주는 복합재를 만듭니다.

균사체는 결합제이지만 탄력성과 강도도 가지고 있습니다. 자라는 방식을 바꾸면 엄청나게 밀도가 높을 수도 있고 가볍고 거품이 많으며 투명할 수도 있습니다.

강철 및 콘크리트와 같은 기존 건축 자재는 생산 및 운송에 에너지 집약적인 반면, 합성 플라스틱은 원유로 만들어지며 섬유판에 사용되는 접착제는 시간이 지남에 따라 독소를 방출할 수 있습니다. 이와 대조적으로 버섯 균사체는 가볍고 생분해성이고 독성이 없으며 강하고 내구성이 뛰어나며 재생이 빠릅니다.

균사체 연구는 초기 단계이므로 발견하기에 적합한 분야입니다. 2020년 초 박대권 건축학부 교수는 샤리피와 균사체 연구그룹을 결성해 샤리피와 진과의 협력의 문을 열었다. 이 그룹에는 시러큐스 생물학 교수인 Scott Erdman과 기계 및 항공우주 공학 교수인 안정민이 포함되어 있었는데, 이들은 역시 균사체의 가능성을 밝히고 싶어했습니다. Qin은 미시적 수준의 연구를 통해 더 깊은 이해를 제공하기 위해 팀에 합류했습니다.

2022년에 Qin은 뛰어난 연구를 수행한 교수진을 표창하는 NSF(National Science Foundation) CAREER Award를 수상했습니다. $600,000의 보조금으로 그는 건축가의 균사체 사용을 알릴 수 있는 기초 연구를 수행하고 있습니다.

Qin의 목표는 분자 수준의 특성에 대한 이해를 시작으로 균사체와 그 기능에 대한 전체적인 모델을 개발하는 것입니다. "우리는 누구나 대규모 요구 사항을 해결할 수 있는 생체 재료를 생산할 수 있도록 다양한 규모의 통찰력과 신뢰할 수 있는 '레시피'를 제공할 수 있는 근본적인 규모 이상의 지식을 생성하고 싶습니다."라고 그는 말합니다.

균사체 샘플은 나무 파편 층에서 자라며, 연구자들은 원하는 특성을 생성하기 위해 기후 챔버의 성장 조건을 조작합니다.

그의 연구에는 물리적 실험실 실험과 컴퓨터 모델링이 모두 포함됩니다. "변수가 많이 있습니다"라고 Qin의 실험실에는 나무 잔해 층에서 균사체 샘플을 재배하기 위한 기후 챔버가 있다고 설명합니다. 챔버 내에서 그는 온도, 습도, 이산화탄소 수준 등 원하는 특성을 생성하기 위해 변수를 조작합니다. 다양한 균사체 종; 균사체 성장과 밀도, 밝기 또는 강도와 같은 완제품의 기계적 특성에 영향을 미칠 수 있는 다양한 유형의 목재.