Бактерии, песок и цифровое производство
В ETH Zurich исследовательница Karen Antorveza Paez рассматривает бактерии как возможных архитектурных соавторов. В основе её работы — сочетание микроорганизмов, песка и цифрового производства, которое позволяет создавать твёрдые строительные элементы. Исследование строится вокруг биоцементации — процесса, при котором бактерии связывают рыхлые песчинки с помощью карбоната кальция, минерала, встречающегося в известняке, раковинах мидий и меле.
Анторвеза Паез развивает эту тему как альтернативу привычному пониманию строительства. В её подходе архитектура перестаёт быть исключительно человеческой практикой: микроорганизмы становятся активными участниками формирования материала. При этом архитектор не исчезает из процесса, а задаёт условия, разрабатывает систему изготовления и определяет геометрию, тогда как бактерии выполняют минерализацию.
Как работает биоцементация
Процесс, который лежит в основе исследования, называется microbiologically induced calcite precipitation, или MICP. Он опирается на бактерии Sporosarcina pasteurii, вырабатывающие фермент, который расщепляет мочевину и запускает реакцию образования карбоната кальция. Этот минерал формирует микроскопические кристаллы между зёрнами песка и постепенно превращает рыхлую массу в прочную структуру. 
Хотя биоцементация уже давно изучается, прежде всего для стабилизации слабых грунтов и разработки самозалечивающегося бетона, здесь она рассматривается как самостоятельный материал. Исследование ETH Zurich направлено на то, чтобы контролировать биологические процессы и включать их в цифровое производство архитектурных форм.
3D-печать с живым связующим
Один из двух разработанных методов — 3D biocement printing. Он начинается с био-чернил, в состав которых входят песок, живые бактерии и водная гелеобразная основа из альгината и ксантана. Как и при обычной 3D-печати, эту смесь можно укладывать по заранее заданной геометрии. После печати объект помещают в минерализующую ванну с мочевиной и хлоридом кальция.
Далее бактерии запускают химическую реакцию, в результате которой формируется карбонат кальция. Между зёрнами песка постепенно возникают микрокристаллы, а вся структура твердеет при комнатной температуре без внешнего источника тепла. В зависимости от требуемой прочности процесс занимает от двух до пяти дней, при этом свежий раствор для минерализации подаётся ежедневно. Саму технологию Анторвеза Паез сравнивает с выпечкой пирога, где вместо духовки материал «запекают» микроорганизмы.
С помощью этой методики команда уже изготовила фасадный элемент, который может работать как солнцезащитный экран или перегородка. Его форма развивается за счёт взаимодействия между напечатанной геометрией и биологическими процессами внутри материала.
Роботизированное наращивание поверхности
Второй метод выходит за пределы отдельных печатных деталей и исследует, как биоцементацию можно применять непосредственно к архитектурным поверхностям. Здесь роботизированная рука многократно наносит песок, бактерии и компоненты, необходимые для минерализации, послойно наращивая структуру в высоту. Вместо заранее напечатанного объекта материал формируется прямо на поверхности, шаг за шагом.
Эта технология вдохновлена строматолитами — осадочными породами, которые возникают благодаря минерализующей активности микроорганизмов. Исследователи переводят геологический процесс в автоматизированную систему изготовления, где робот повторяет природную логику роста материала.
Метод был показан на Venice Architecture Biennale 2025 в проекте Geological Microbial Formations. Установка в Material Bank, Arsenale, Venice работала непрерывно в течение шести месяцев, и посетители могли наблюдать за постепенным формированием материала.
Экологические вопросы и ограничения
Исследование поднимает не только производственные, но и экологические вопросы. Производство цемента является значимым источником выбросов, связанных со строительством, а биоцементация может стать альтернативой, которая не требует высокотемпературных процессов, характерных для традиционного цемента.
Однако биологический способ не лишён последствий: в ходе реакции образуется аммоний — побочный продукт, который может быть вреден для окружающей среды, если не контролировать его обращение. Сейчас Анторвеза Паез изучает экологический эффект биоцементации и возможные способы работы с этим химическим отходом.
Есть и материалные ограничения. Исследовательница описывает биоцементацию скорее как аналог раствора, чем бетона, и подчёркивает необходимость дальнейшего изучения влияния размера зёрен, минеральных связей и внутренней структуры на прочность и долговечность. Поэтому применение метода в несущей архитектуре остаётся перспективой более далёкого будущего.
Пересмотр авторства в архитектуре
Помимо свойств материала, работа ETH Zurich меняет саму идею того, кто участвует в создании архитектуры. Если здания традиционно понимаются как результат человеческого проектирования, инженерии и промышленного производства, то биоцементация вводит в процесс ещё одного участника — микроорганизм. В такой системе архитектурный объект возникает из взаимодействия человеческого интеллекта, цифровых технологий, биологической активности и минерального вещества.
Для Karen Antorveza Paez это также способ по-новому взглянуть на отношение к строительным материалам. По её наблюдению, архитекторы редко знают, как именно производятся материалы, которые они выбирают. Работа с микроорганизмами делает эти процессы видимыми и показывает, как сложные материальные структуры могут возникать благодаря биологической активности.
Проект представлен как 3D biocement printing and robotic biocementation spraying. Исследование ведётся в ETH Zurich, Department of Architecture, в составе групп Digital Building Technologies и Complex Materials Group.
Источник: Designboom
