Korallenriffe mit 3D-Druck reformieren

Die Korallenriffe der Welt sterben aufgrund vieler Faktoren wie der globalen Erwärmung und der beschleunigten Urbanisierung in Küstengebieten aus, was eine enorme Belastung für das Meeresleben darstellt. „Der rasche Rückgang der Korallenriffe hat den Bedarf an der Erforschung interdisziplinärer Methoden zur Wiederherstellung von Riffen erhöht“, erklärt Natalie Levy, Ph.D. Student an der Bar-Ilan-Universität in Israel. „Die Untersuchung, wie die Biodiversität von Korallenriffen erhalten werden kann, ist ein zentrales Thema, aber es besteht auch ein dringender Bedarf, in Technologien zu investieren, die das Korallenökosystem und unser Verständnis der Riffumgebung verbessern können.“

In einem kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Wissenschaft der gesamten Umweltstellen Forscher von vier der führenden israelischen Universitäten ein 3D-Druckverfahren vor, das sie zur Erhaltung von Korallenriffen entwickelt haben. Ihre Innovation basiert auf der natürlichen Struktur von Korallenriffen vor der israelischen Südküstenstadt Eilat, aber ihr Modell ist an andere Meeresumgebungen anpassbar und kann dazu beitragen, die Zerstörung von Riffen einzudämmen, die Korallenökosysteme auf der ganzen Welt plagen.

Die gemeinsame Forschung wurde von Prof. Oren Levy und Ph.D. Studentin Natalie Levy von der Mina and Everard Goodman Faculty of Life Sciences an der Bar-Ilan University, Prof. Ezri Tarazi und Ph.D. Student Ofer Berman von der Fakultät für Architektur und Stadtplanung des Technion, Prof. Tali Treibitz und Ph.D. Student Matan Yuval von der Universität Haifa und Prof. Yossi Loya von der Universität Tel Aviv.

Der 3D-Prozess beginnt mit dem Scannen von Unterwasserfotos von Korallenriffen. Aus diesen visuellen Informationen wird ein dreidimensionales Modell des Riffs mit höchster Genauigkeit zusammengesetzt. Tausende von Bildern werden fotografiert und an das Labor geschickt, um die komplexe Form des Riffs zu berechnen und herauszufinden, wie diese Form die Entwicklung der Vielfalt der Riffarten fördert.

Als nächstes verwenden die Forscher eine molekulare Methode zum Sammeln umweltgenetischer Informationen, die genaue Daten über die Organismen des Riffs liefert. Diese Daten werden zusammen mit anderen Parametern in einen 3D-Technologiealgorithmus eingespeist, der es ermöglicht, ein parametrisches interaktives Modell des Riffs zu erstellen. Das dreidimensionale Modell kann so gestaltet werden, dass es genau in die vorgesehene Riffumgebung passt.

Die letzte Stufe ist die Übersetzung und Produktion eines Keramikriffs im 3D-Druck. Die Riffe bestehen aus einer einzigartigen Keramik, die unter Wasser von Natur aus porös ist und die idealsten Bau- und Restaurierungsbedürfnisse für das betroffene Gebiet oder für die Errichtung einer neuen Riffstruktur als Grundlage für die Fortsetzung des Lebens bietet. „Dreidimensionales Drucken mit Naturmaterial ermöglicht die Herstellung hochkomplexer und vielfältiger Einheiten, die mit den üblichen Mitteln der Formenherstellung nicht möglich ist“, sagt Prof. Ezri. Tarazi.

Der Prozess kombiniert 3D-Scanalgorithmen zusammen mit Umwelt-DNA-Proben und einem 3D-Druckalgorithmus, der eine eingehende und genaue Untersuchung der Daten von jedem Riff sowie die Anpassung des gedruckten Modells an eine bestimmte Riffumgebung ermöglicht. Darüber hinaus können Daten in den Algorithmus zurückgespeist werden, um die Effektivität und Effizienz des Designs nach der Implementierung anhand der dabei gesammelten Informationen zu überprüfen. „Bestehende künstliche Riffe haben Schwierigkeiten, die Komplexität von Korallenlebensräumen nachzubilden und Riffarten zu beherbergen, die natürliche Umgebungen widerspiegeln. Wir führen eine neuartige anpassbare 3D-Schnittstelle zur Herstellung skalierbarer Strukturen ein, die echte Daten verwendet, die aus Korallenökosystemen gesammelt wurden“, betont Natalie Levy. Ofer Berman fügt hinzu: „Die Verwendung des dreidimensionalen Drucks ermöglicht eine umfassende Handlungsfreiheit in der Realität algorithmusbasierter Lösungen und die Assimilation einer nachhaltigen Produktion für die Entwicklung einer groß angelegten Meeressanierung.“

Diese Studie erfüllt laut den Forschern zwei kritische Bedürfnisse zur Rettung von Korallenriffen. Der erste ist der Bedarf an innovativen Lösungen, die eine groß angelegte Restaurierung ermöglichen, die angepasst werden kann, um Korallenriffe weltweit zu unterstützen. Die zweite ist die Nachbildung der natürlichen Komplexität des Korallenriffs – sowohl in Größe als auch im Design – die Riffarten wie Korallen, Fische und Wirbellose anzieht, die das Nachwachsen natürlicher Korallenriffe unterstützen. Die Forscher installieren derzeit mehrere 3D-gedruckte Riffe im Golf von Eilat. Sie glauben, dass die erzielten Ergebnisse ihnen helfen werden, diese Innovation auf andere Riffökosysteme auf der ganzen Welt anzuwenden.