Co kdyby klíč k záchraně Země spočíval v budování na Marsu?
📊 Souhrn
Christos Athanasiou ve své přednášce zkoumá myšlenku, že osídlení Marsu nemusí být jen otázkou přežití, ale i příležitostí k inovaci a řešení problémů na Zemi. Zdůrazňuje, že rostoucí hladiny oceánů v důsledku klimatických změn představují bezprostřední hrozbu, a navrhuje, aby se lidstvo zaměřilo na vývoj udržitelných technologií a materiálů pro osídlení Marsu. Tyto technologie by se pak mohly využít i k řešení problémů, jako je nedostatek zdrojů a klimatické změny, na Zemi. Athanasiou argumentuje tím, že extrémní podmínky na Marsu nutí vědce a inženýry k hledání netradičních řešení v oblasti stavebnictví, energetiky a materiálového inženýrství.
Přednáška se zaměřuje na tři klíčové principy pro budování na Marsu: lehké a adaptabilní konstrukce, využití místních zdrojů a optimalizace pomocí umělé inteligence. Athanasiou popisuje, jak by se dalo využít marťanské půdy a oxidu uhličitého k výrobě stavebních materiálů a plastů. Zdůrazňuje, že vývoj technologií pro Mars může mít pozitivní dopad na Zemi, například ve formě recyklovatelných stavebních materiálů a udržitelných metod čištění vody. V závěru vyzývá k většímu zapojení vědců, inženýrů a politiků do hledání odvážných řešení pro budoucnost lidstva na obou planetách.
📝 Přepis
Představte si, že stojíte na klidné pláži. Vlny se dotýkají vašich nohou. Ale tentokrát je pláž pryč. Oceány se vkradly do měst, spolkly ostrovy a přepsaly mapu našeho světa.
Stoupající hladiny moří, poháněné prudce rostoucími teplotami, nejsou vzdálenou hrozbou. Už jsou tady. A jak se potýkáme s tímto narůstajícím problémem, dovolte mi se zeptat: Co když odpověď není jen tady na Zemi? Co když naše naděje, naše přežití, možná i další velký příběh lidí není jen tady, ale 225 milionů kilometrů daleko na Marsu?
Zvu vás, abyste se na průzkum vesmíru a osídlení Marsu nedívali jen jako na nutnost pro přežití, ale jako na náš další smělý podnik, který nám ukáže, jak můžeme stále prosperovat, i s vážnými omezeními.
Jsem výzkumník v oblasti materiálů a fyziky. Vždycky mě fascinovalo řešení obtížných problémů. Otázka, co by bylo potřeba k životu tam nahoře, byla vždy více než jen letmá zvědavost. Je to ticho, hádanka čekající na vyřešení.
Výzkum na Georgia Tech
V Daedalus, mé výzkumné skupině na Georgia Tech, pracujeme na vytváření udržitelných materiálů a struktur, které by se daly použít k vyřešení jednoho z nejambicióznějších cílů lidstva: vytvoření obydlí pro lidi na jiných planetách. Konkrétně na Marsu.
Proč Mars?
Ze všech planet v naší sluneční soustavě je Mars jedinečně na dosah. Cesta trvá šest až devět měsíců, 225 milionů kilometrů, plus minus. A i když je Mars daleko od přívětivého, není zcela nepřátelský. Má trochu vody uzamčené v půdě, trochu kyslíku v atmosféře a roční období, která nejsou nepodobná těm na Zemi. Pro vědce, jako jsem já, má právě dost stavebních bloků pro život.
Představte si, že se probudíte a tohle je výhled z vašeho přístřešku. Vyhlédnete ven a uvidíte krajinu z červené půdy, vzdálené hory a možná oblohu slabě narůžovělou prachem. Je to vize přímo ze sci-fi. Přesto s vědou můžeme tuto vizi proměnit ve skutečnost. Tohle je skutečná fotografie marťanské duny pořízená roverem NASA Curiosity.
Ale tady je tvrdá pravda: Dostat se na Mars je jedna věc. Postavit tam město, to je něco úplně jiného.
Problémy spojené s budováním na Marsu
Nejprve si promluvme o nákladech. Raketa vypuštěná na Mars by mohla stát více než 200 miliard dolarů. To je 90 000 dolarů za půl kila materiálu. Pro srovnání, cena za půl kila pro vnitrostátní let v USA je kolem 10 centů. Přivézt na Mars cihlovou zeď o rozloze deseti metrů čtverečních by stálo více než 300 milionů dolarů jen za dopravu.
Je zřejmé, že nemůžeme jen sbalit stavební materiály ze Země a poslat je tam. A pak je tu marťanské prostředí. Letní noci na Marsu mohou být chladnější než aljašské zimy. Úroveň radiace je, jako byste žili pod rentgenovým přístrojem 24 hodin denně, 7 dní v týdnu, po celý rok. Teploty se mohou během jediného dne změnit o více než 55 stupňů Celsia. A vlhkost může dosáhnout téměř 100 %. Zkrátka, Mars je konstrukční noční můra.
Hledání řešení
Tak kde vlastně začít? Odpověď spočívá v přehodnocení všeho: materiálů, metod, myšlení. V Daedalus vyvíjíme přístroje k testování toho, jak se pozemské materiály chovají v extrémních, dokonce i marťanských podmínkách. Zatěžujeme je, tlačíme je až na hranici zlomu. Proč? Protože pochopení selhání je klíčovým krokem k návrhu pro úspěch.
K vybudování města na Marsu se musíme zaměřit na dvě věci: materiály, které budeme používat, a struktury, které budeme navrhovat. Tady se inovacím daří. Bez stavebních předpisů nebo plánů, které by nás omezovaly, máme příležitost předefinovat pravidla od nuly, vedeni třemi principy:
- Za prvé, struktury musí být lehké a adaptabilní. Na Marsu záleží na každém půlkilu. Naše struktury, naše budovy se musí vyvíjet, jak se mění potřeby.
- Za druhé, materiály musí pocházet ze samotného Marsu. Používání místních zdrojů minimalizuje množství materiálu, které musíme transportovat ze Země.
- Za třetí, umělá inteligence (AI) bude simulovat a optimalizovat. AI nám může pomoci vylepšit návrhy a předvídat výkonnost materiálů za extrémních podmínek.
Začněme se strukturami. Nejprve se inspirujeme na Zemi. Eiffelova věž používá křížové nosníky k vytvoření tuhé konstrukce bez nadměrné hmotnosti. Přepracování tohoto typu lehké konstrukce tak, aby nabízela výhodu modularity, by bylo ideální pro Mars.
Představte si aplikaci tohoto konceptu pro Mars: modulární materiály sestavené roboty. Na videu se roboti chovají jako včely, staví úly a s přesností skládají složité mříže, aby vytvořily větší lehké konstrukce. Tento typ sestavení, kde se menší části kombinují dohromady a tvoří větší lehkou strukturu, nejenže minimalizuje materiál, který potřebujeme přivézt ze Země, ale také umožňuje rozsáhlou výstavbu.
Tyto struktury by mohly být adaptabilní, rekonfigurovatelné a neuvěřitelně efektivní. Mohli bychom je rozebrat a přetvořit, jak se podmínky na Marsu a naše potřeby mění.
Materiály z Marsu
Ale co materiály, které potřebujeme použít? Co se můžeme naučit například od původních arktických komunit, které přežívají v extrémních podmínkách po tisíciletí? Používají to, co je k dispozici, sníh, kosti. Na Marsu bychom udělali totéž. Marťanská půda nebo regolit by se mohla kombinovat s vodou a 3D tisknout do cihel. To znamená, že snižujeme množství materiálu, které potřebujeme transportovat ze Země.
Mohli bychom také těžit vzácné prvky z marťanské půdy pomocí nepatogenních mikrobů, jako jsou kvasinkové buňky, které si můžeme v malém množství přivézt ze Země, které mohou růst na Marsu a být použity jako malé bioreaktory. To je další přístup, který zkoumáme v mé laboratoři.
Další zajímavý koncept spočívá v extrakci oxidu uhličitého z marťanské atmosféry a jeho kombinaci s místně přítomným ledem k vytvoření plastů zcela od nuly. NASA se tím již zabývá.
Význam AI
Ale materiály, bez ohledu na to, jak inovativní, vždy selžou způsoby, které ještě nemůžeme předvídat. Proto přichází na řadu AI. V mé laboratoři používáme AI k modelování toho, jak se materiály stlačí, trhají a praskají v extrémních podmínkách. AI nám může pomoci pochopit fyziku toho, jak se materiály budou chovat v nepřátelských podmínkách Marsu. Může nám říct, kde jsou slabá místa, než se tato místa stanou katastrofálními.
Přínosy pro Zemi
A tady je to nejzajímavější: řešení problémů spojených s osídlením Marsu nám také pomáhá řešit problémy tady na Zemi. Technologie, které vyvíjíme – návrh řízený AI, rekonfigurovatelné lehké struktury používající místní zdroje – by mohly transformovat odvětví od energetiky přes výrobu až po stavebnictví zde na Zemi.
V mé skupině používáme přesně ty stejné principy, které by byly potřeba k vybudování marťanského přístřešku, k vytvoření lehkých rekonfigurovatelných struktur z recyklovaných plastů. Zde na Zemi si představujeme budoucnost, kde by tyto struktury mohly být použity k výrobě čisté energie.
Inspirováni přírodou překonáváme omezení místních materiálů k vytváření struktur s rekordním výkonem. Také používáme kvasinkové buňky k udržitelnému odstraňování škodlivých těžkých kovů z vody a výrobě čisté vody.
Ale průzkum vesmíru to vždy dělal. Vždy byl hnacím motorem inovací. Vypadá vám toto zařízení povědomě? Technologie GPS je výsledkem základního výzkumu používaného k podpoře vesmírného závodu.
Vybudování města na Marsu není jen o přežití na jiné planetě. Je to o prosperitě na této planetě. Je to o řešení klimatických změn, nedostatku zdrojů, udržitelnosti přímo zde doma. Ale k dosažení této vize potřebujeme více vědců, potřebujeme více inženýrů. Potřebujeme také tvůrce politik, vizionáře a kohokoli, kdo je připraven přijmout odvážná řešení. Lidi jako vy.
Snažme se jít na Mars bez zavazadel. Použijme to jako plán pro budování lepší budoucnosti.
🔍 Kritické zhodnocení
Přednáška Christose Athanasioua nabízí poutavý pohled na potenciální synergii mezi kolonizací Marsu a řešením problémů na Zemi. Jeho argument, že vývoj technologií a materiálů pro extrémní podmínky na Marsu může vést k inovacím aplikovatelným na Zemi, je zajímavý. Zde je kritické zhodnocení některých aspektů:
- Udržitelné materiály a zdroje: Využití marťanského regolitu pro 3D tisk budov je slibný koncept, který aktivně zkoumají NASA a další výzkumné skupiny. Podle studie publikované v Acta Astronautica, může být regolit smíchán s pojivy produkovanými mikroorganismy pro vytvoření pevných stavebních materiálů [https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S009457651730580X]. Athanasiou zmiňuje využívání kvasinek pro produkci bioreaktorů, což též koresponduje s aktuálním výzkumem. Studie publikovaná v Frontiers in Microbiology popisuje, jak mohou být mikroorganismy geneticky upraveny k efektivnějšímu zpracování marťanských zdrojů. [https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2020.01948/full]
- AI a modelování: Použití AI k modelování chování materiálů v extrémních podmínkách je klíčové pro minimalizaci rizik. NASA a Evropská kosmická agentura (ESA) již investují do AI a strojového učení pro optimalizaci návrhů a předpovídání selhání [https://www.nasa.gov/mission_pages/msl/index.html].
- Aplikace na Zemi: Myšlenka, že technologie vyvinuté pro Mars mohou být použity k řešení environmentálních problémů na Zemi, nachází podporu v konceptu “vesmírného přínosu” (space spin-off). Mnohé technologie vyvinuté pro vesmírné programy, jako solární panely, filtrace vody a pokročilé materiály, již našly uplatnění v různých odvětvích na Zemi. [https://spinoff.nasa.gov/]
- Náklady a realizace: Athanasiou zmiňuje vysoké náklady spojené s transportem materiálů na Mars. To je klíčová výzva, a proto je vývoj technologií pro využití místních zdrojů zásadní. Ekonomické aspekty kolonizace Marsu jsou komplexní a vyžadují pečlivé plánování a mezinárodní spolupráci.
Celkově přednáška nabízí inspirativní vizi budoucnosti, v níž se kolonizace Marsu stane katalyzátorem inovací, které pomohou vyřešit naléhavé problémy naší planety. Argumenty prezentované v přednášce jsou podpořeny aktuálním výzkumem v oblasti vesmírného inženýrství, mikrobiologie a materiálového inženýrství.
