Een modulaire bioreactor die met bacteriën 3D-materialen kweekt en uit afval hoogwaardige biologisch afbreekbare producten zoals verband, biocomposieten en biotextiel maakt.
• Modulaire bioreactor die 3D-materialen kweekt met bacteriën.
• Vervangt vervuilende kunststoffen en textiel door biologisch afbreekbare biotextiel.
• Werkt met organisch afval als grondstof.
• Toepassingen in de geneeskunde, mode, design en meer.
• Project ontwikkeld aan het Royal College of Art, nog in ontwikkeling.
Waarvoor dient het
Hydra is een biofabricageplatform dat microbiële groei integreert met geavanceerde ontwerp- en fabricageprocessen om biologisch afbreekbare materialen in 3D te kweken. Het doet dit door bacteriën als bouwstoffen en organisch afval als voedselbron te gebruiken, waardoor de afhankelijkheid van fossiele of synthetische materialen wordt geëlimineerd.
In tegenstelling tot andere systemen beperkt Hydra zich niet tot vlakke platen. Het maakt de volumetrische groei van complexe structuren mogelijk, zoals therapeutische handschoenen, schoeisel of textielbekleding, zonder dat er geknipt, genaaid of gelijmd hoeft te worden. Dit vermindert aanzienlijk de afvalproductie en het energieverbruik die gepaard gaan met traditionele processen.
De impact ervan wordt nog versterkt in bijzonder vervuilende sectoren zoals de textielindustrie of de medische sector, waar dagelijks tonnen wegwerpproducten worden weggegooid die zijn vervaardigd uit aardolieproducten.
Dit project is ontstaan als antwoord op een veelvoorkomende frustratie in de wereld van biodesign: de kloof tussen de belofte van levende materialen en het gebrek aan tools om ze op te schalen. De meeste innovaties op het gebied van biofabricage blijven steken in het laboratorium, gevangen door de beperkingen van de huidige industrie.
De urgentie kwam ook voort uit de enorme verspilling in sectoren als mode en wondverzorging. De textielindustrie produceert jaarlijks ongeveer 92 miljoen ton afval, dat grotendeels niet kan worden gerecycled. Wegwerpverband en -pleisters belanden vaak na één keer gebruik op de vuilnisbelt. Hydra biedt een reële weg naar regeneratieve, hoogwaardige materialen met een lage impact.
Hoe het werkt
Hydra functioneert als een biofabricageplatform dat de functies van een bioreactor combineert met geavanceerde productietechnologieën. Het maakt gebruik van vijf verschillende methoden – onder andere interne en externe rotatie, getijdenkweek en bacterieel lassen – om materialen rond op maat gemaakte mallen te laten groeien, zelfs in complexe driedimensionale vormen.
Belangrijkste kenmerken:
- Aanpasbaar: maakt het mogelijk om verschillende soorten micro-organismen te kweken, waarbij temperatuur, vochtigheid en pH worden geregeld.
- Inzetbaar: dankzij het draagbare ontwerp kan het worden gebruikt in laboratoria, afgelegen gebieden of post-crisisomgevingen.
- Modulair: kan eenvoudig worden aangepast voor verschillende wetenschappelijke, creatieve of industriële toepassingen.
- Schaalbaar: verbindt de experimentele laboratoriumschaal met industriële productie.
Huidige toepassingen:
- Wondverzorging: ademende en antibacteriële verbanden, met voorlopige resultaten van tot wel 75% versnelling van de genezing.
- Circulaire textiel: recyclebaar bioleder geproduceerd door bacteriële cellulose te versterken met afgedankt katoen.
- Product- en schoenontwerp: objecten zonder naden of lijm, direct gekweekt in hun uiteindelijke vorm.
Ontwerpproces
Hydra is ontwikkeld door een interdisciplinair team van het Royal College of Art, waarbij design, biotechnologie en materiaalkunde zijn gecombineerd. Het proces begon met meer dan 15 interviews met experts en industriëlen om inzicht te krijgen in de huidige beperkingen van biofabricage.
De eerste tests mislukten vanwege een centraal technisch probleem: de meeste bacteriën groeien alleen op het grensvlak tussen lucht en vloeistof. Deze beperking leidde tot experimenten met dynamische omgevingen. De doorbraak kwam met het concept van fermentatie in beweging, dat het transport van voedingsstoffen verbeterde en de groei versnelde.
De volgende iteraties integreerden door Arduino gestuurde beweging, verwarmingssystemen, HEPA-filters om vervuiling te voorkomen, UV-licht voor sterilisatie en modulaire mallen die verschillende vormen mogelijk maakten.
Het resultaat was niet alleen een machine, maar een flexibel platform, verfijnd in meerdere testcycli, gevalideerd in echte contexten en ontworpen om mee te groeien met de behoeften van de gebruiker.
Wat maakt het anders
Wat Hydra onderscheidt, is niet alleen wat het doet, maar hoe het dat doet. Het rechtstreeks in 3D kweken van materialen betekent een radicale verandering ten opzichte van de huidige methoden, die afhankelijk zijn van het snijden en assembleren van platte stukken.
Hydra is het eerste modulaire systeem dat microbiële groei combineert met meerdere driedimensionale vormingstechnieken, waardoor het mogelijk is om schonere, snellere structuren te produceren met minder afval dan traditionele industriële processen.
Het is compatibel met verschillende levensvormen: bacteriën, schimmels en gefunctionaliseerde organismen. Bovendien kan het zich voeden met organisch agro-industrieel afval, waardoor de ecologische voetafdruk nog verder wordt verkleind.
In tegenstelling tot andere bioreactoren die beperkt zijn tot het laboratorium, is Hydra ontworpen om mobiel, herconfigureerbaar en deelbaar te zijn, en is het bedoeld voor zowel onderzoekers als ontwerpers, ingenieurs of ondernemers. In plaats van innovatie te beperken, versterkt het deze.
Plannen voor de toekomst
Hydra heeft TRL 3 (technologisch volwassenheidsniveau) bereikt en bevindt zich momenteel in de optimalisatiefase. Er worden nieuwe toepassingen onderzocht in sectoren zoals:
- Regeneratieve mode en luxe biotextiel.
- Kunsthuid en weefsels voor implantaten.
- Interieurbekleding voor auto’s.
- Biologisch afbreekbare wegwerpverpakkingen.
Naast specifieke producten vertegenwoordigt Hydra een nieuw productiemodel: de overgang van het vervaardigen van statische objecten naar het kweken van levende systemen, waarbij design wordt gecombineerd met biologische intelligentie.
Er wordt gewerkt aan de ontwikkeling van een commerciële versie als laboratoriumbioreactor en een licentieerbaar platform, met plannen op middellange termijn om gedecentraliseerde levende fabrieken te creëren die in staat zijn om op aanvraag regeneratieve materialen te produceren op basis van lokaal afval.
Potentieel
Hydra stelt niet alleen een nieuwe manier voor om materialen te maken: het biedt een echt alternatief voor de lineaire economie, waarin produceren en weggooien niet langer de enige manier is.
Door organisch afval als grondstof te gebruiken, verandert Hydra een milieuprobleem in een hulpbron. In plaats van meer uit de planeet te halen, stelt het voor om een tweede leven te geven aan wat al bestaat.
De materialen zijn biologisch afbreekbaar, regeneratief en hebben een lage impact, wat helpt om de afhankelijkheid van synthetische polymeren te verminderen, vooral in sectoren met hoge afvalniveaus. De mogelijkheid om de productie te decentraliseren zou gemeenschappen, coöperaties of kleine werkplaatsen in staat stellen hun eigen materialen te verbouwen, waardoor de transportemissies worden verminderd en de lokale economieën worden versterkt.
Bovendien zou de veelzijdigheid van het systeem humanitaire toepassingen mogelijk maken: van verband dat ter plaatse wordt gekweekt in noodgebieden tot duurzame verpakkingen die worden gekweekt in plattelandsgebieden zonder toegang tot industriële infrastructuur.
Hydra schetst een toekomst waarin de productie biologischer, lokaler, efficiënter en ethischer wordt. Een noodzakelijke stap als we de manier waarop we produceren willen veranderen in een wereld die zijn grenzen al heeft overschreden.
