صخره های مرجانی باستانی ترین و متنوع ترین اکوسیستم های سیاره به شمار می روند. سنگفرشهای مرجانی مملو از مجموعه ای از ارگانیسم ها از جمله مرجان ها و ماهی ها هستند که نشان دهنده یک پناهگاه غنی از تنوع زیستی هستند..آنها فراتر از اهمیت اکولوژیکی خود، برای میلیون ها نفر در سراسر جهان  غذا و  اشتغال ایجاد می کنند  و ارزش اقتصادی فرواوانی 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 بینی ها نشان می دهد به طور نگران کننده ای بیش از نیمی از مرجان ها 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  مرجان های با استفاده از فناوری های سه بعدی پدید آمده است .

در سراسر صنایع، موسسات، نهادهای بین‌المللی و مراکز تحقیقاتی،  از پرینتر های سه بعدی برای  کاربرد های مختلف استفاده می کنند .به تازگی  پیشرفت قابل توجهی از طریق چاپ سه بعدی برای حفاظت از تنوع زیستی اقیانوس  و تولید صخره های مرجانی مصنوعی با استفاده از تکنیک های چاپ سه بعدی ها حاصل شده است. در  ادامه چندین پروژه قابل قابل توجه که که از فناوری های سه بعدی برای حمایت از حفاظت از تنوع زیستی دریایی استفاده می کنند معرفی می گردد.

D-Shape و پروژه حفاظت از خلیج هنگ کنگ

شرکت ایتالیایی D-Shape به دلیل طراحی سفارشی صخره های خود که برای خلیج هنگ کنگ طراحی شده بود، مفتخر به دریافت جایزه طراحی برای آسیا در سال ۲۰۲۲ شد. این ابتکار آخرین گامی است 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 صخره ها برای پایداری در زیر آب به سازه های 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.

بزرگترین صخره مرجانی پرینت سه بعدی در جهان

با تلف شدن ۵۰ درصد از صخره ها در سه دهه گذشته، اقدامات برای مقابله با تهدیداتی مانند تغییرات آب و هوایی، صید بی رویه، و آسیب های 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 مهمی دست یافته است. این دستاورد شامل ایجاد قالب های سه بعدی پیچیده با تقلید از ساختارهای صخره های طبیعی بود که با استفاده از مواد سرامیکی شبیه کربنات کلسیم موجود در صخره های 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.

مرجان های چاپ سه بعدی  شده برای رشد جلبک های 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 صخره های 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 جلبک های میکروسکوپی را تسهیل می کند. ‌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 می کند و در عین حال زنده بودن سلول های محصور را تضمین می کند.

چگونه SECORE مرجان ها را رشد می دهد

چند شرکت با  همکاریبا سازمان حفاظت از محیط زیست در پروژه احیای جنسی  مرجانها (SECORE (Sexual Coral Reproduction)) در یک ابتکار مشترک که بر درک رفتارهای تولید مثلی مرجان ها 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 می گیرند که برای جذب و تسهیل اتصال مرجانی طراحی شده اند. پس از چسباندن محکم، این سازه ها به صورت استراتژیک در مناطق صخره ای به منظور بازسازی قرار می گیرند. 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 صخره های 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( (Ørsted 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 صخره های 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 قایق های غواصی و در نتیجه حفاظت از زیستگاه‌های مرجانی طبیعی است. با ایجاد این سایت ساخته شده، می توان غواصان را از سایت های حساس مرجانی طبیعی دور کرد. این ابتکار بخشی از برنامه ملی (ر سیو لب( است و توسط اداره محیط زیست دریایی شهر آگده، با مشورت باشگاه های غواصی منطقه ای و انجمن های 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 رسیداست.

ربات چتر دریایی چاپ سه بعدی شده

در پیگیری حفاظت از دریا، چندین رویکرد نوآورانه برای حفاظت از اکوسیستم های دریایی در معرض تهدید مانند صخره های مرجانی در حال ظهور است. یکی از این رویکردها شامل ایجاد عروس دریایی رباتیک منحصر به فرد با استفاده از فن اوری  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 اقیانوس ها عمل می کند، نظارت و محافظت از این محیط های شکننده است. با شاخک های هیدرولیکی که توسط پمپ های پروانه کار می کنند، Jellybots به زیبایی در آب مانور می دهند و حرکت موج دار عروس دریایی را شبیه سازی می کنند. 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.

ارچی ریف کاشی های شش ضلعی سفالی در هنگ کنگ چاپ می شوند

به عنوان بخشی از ابتکار ارچی ریف با هدف بازسازی مرجان ها در آب های هنگ کنگ، سازه های شش ضلعی متشکل از سفال (خاک رس) با استفاده از چاپ سه بعدی ساخته می شوند تا به عنوان سکوهای استقرار مرجان ها عمل کنند. هدف جایگزینی زیستگاه های مرجانی موجود نیست، بلکه تحریک رویش مرجانها با حضور مجدد گونه های 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 کاشی ها سفالی استفاد شده به گونهای استکه باعث افزایش سازگاری با محیط ها 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 اشت تا برای گونه های 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.

صخره های 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 صخره های خلیج فارس، کار می کند. برای مثال  شاخص  این اقدامات می توان به طرح  دبی ریفز اشاره کرد، ابتکاری به رهبری URB که خود یک بازیگر برجسته در پیشرفت شهرهای پایدار است. این پروژه امیدوار است اکوسیستم های ساحلی دبی از جمله از طریق ایجاد یک صخره مصنوعی به مساحت ۲۰۰ کیلومتر مربع بهبود یابد. این کار با پرینت سه بعدی ساخته می شود تا شکل ها و بافت های مختلف را برای هماهنگی بهتر با محیط های طبیعی ایجاد کند. چاپ زیستی همچنین به منظور توسعه بیوموادهایی که می توانند میزبان ریزجلبک های 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 صخره های دیگر در سراسر جهان، در سال های 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 می شود. یک پروژه خاص که توسط دانشگاه علم و فناوری ملک عبدالله در عربستان سعودی حمایت شده است، از چاپ زیستی برای انتقال سلول های زنده به مدل های سه بعدی ساخته شده به منظور بازسازی مرجان های زنده جدید استفاده می کند. در اصل، این تیم از یک قالب سیلیکونی ساخته شده با جوهر کربنات کلسیم سازگار با محیط زیست استفاده می کند که مرجان می تواند 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.

شرکت کانستراکشن به دنبال محافظت از سواحل است

ایجاد صخره های مصنوعی یکی از راه های پیشرو برای مقابله با تخریب مرجان ها 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 صخره های پرینت سه بعدی استفاده می کند کانستراکشن است. اگرچه این شرکت هنوز پروژه های زیادی ندارد، اما تنها با چاپ با مواد طبیعی که به صورت مخلوط پودر خشک ساخته می شود، خود را متمایز می کند.  هد چاپگر به طور انتخابی آب را به عنوان یک فعال کننده برای سیمان به‌دست‌آمده رسوب می‌کندو 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 صخره های مصنوعی جدید را برای محیط محلی بهینه کنند. این تیم قبلاً صخره هایی را در ساردینیا و مالدیو نصب کرده است.