火星上建造房屋，德克薩斯農工大學3D打印合成地衣系統實現棲息地自主建造
時間：2025-06-28 10:21 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
導讀：長久以來，在火星上定居一直是科幻小說中描繪的未來幻想。然而，過去半個世紀以來，人類在火星上的成功登陸，讓這個看似遙不可及的想法變得越來越切實可行。
2025年6月27日，德克薩斯農工大學和內布拉斯加大學林肯分校的研究人員正在開發一種新的地衣自生長技術：可以通過利用火星當地資源和微生物活體3D 打印地衣系統，最終在火星上實現房屋自主建造。項目由金孔睿博士領導，旨在利用這顆紅色星球的原生土壤——風化層——來制造建筑材料，無需人工干預。團隊的研究成果以題為“Bio-Manufacturing ofEngineered Living Materials for Martian Construction: Design of the SyntheticCommunity”的論文發表在《制造科學與工程雜志》上。
這項研究由美國國家航空航天局（NASA）的創新先進概念項目資助，旨在應對在距離地球數百萬英里的地方建造棲息地的挑戰，因為在那里運輸建筑材料成本高昂，物流也十分困難。金博士強調了這種新方法的意義：“這種自我生長技術在實現長期外星探索和殖民方面具有巨大的潛力。”金博士是德克薩斯農工大學機械與制造工程技術項目的助理教授。內布拉斯加大學林肯分校的合作者包括理查德·威爾遜博士、尼莎·羅卡亞和艾琳·卡爾。該研究得到了德克薩斯農工大學官方研究機構——工程實驗站（TEES）的支持。
△可以借助自主生長技術建造合成棲息地，利用當地資源和微生物在火星上自主形成結構。圖片來自德克薩斯農工大學工程學院
空間建設的新方法
研究團隊提出了一種由工程生物材料組成的合成棲息地系統，能夠在沒有外部幫助的情況下將火星風化層（由塵埃、沙子和巖石組成）轉化為功能性建筑組件。金博士說：“我們可以通過模仿天然棲息地來構建一個合成群落。我們已經開發出一種構建合成棲息地的方法，可以制造出將火星風化層顆粒粘合成結構的生物材料。然后，通過3D打印，可以制造各種各樣的結構，例如建筑物、房屋和家具。”
△火星。圖片來自華盛頓州立大學。
先前方法的局限性和合成社區的創新
早期研究探索了將火星土壤與各種化學粘合劑（例如鎂基粘合劑、硫基粘合劑和地質聚合物）粘合在一起。這些方法通常需要人工干預，在火星上的實用性受到限制。其他研究則涉及微生物介導的自生長技術，包括細菌生物礦化和真菌菌絲體作為天然粘合劑。盡管這些方法前景光明，但它們通常依賴于需要持續營養供應的單一微生物物種，這對完全自主運行構成了挑戰。
為了克服這些挑戰，金教授團隊設計了一個完全自主的、由多個物種組成的合成微生物群落。地衣系統通過將異養絲狀真菌（能夠產生生物礦物質并耐受惡劣環境）與光自養固氮藍藻（能夠固定二氧化碳和氮氣以產生營養物質和氧氣）配對，消除了對外部營養補充的需求。在這個共生系統中，藍藻將大氣氣體轉化為支持真菌生長的有機化合物，而真菌則將金屬離子結合到細胞壁上，促進生物礦物的形成。真菌還通過提供水、礦物質和二氧化碳來促進藍藻的生長。這兩種微生物都會分泌生物聚合物，增強火星風化層顆粒之間的粘附力和凝聚力，從而形成一種適用于建筑的固結材料。
項目已進入下一階段：開發基于風化層的墨水，利用直接墨水書寫3D打印技術打印生物結構。這一進展旨在進一步提升未來火星任務及其他地外環境可持續自主建造的可行性。
太空棲息地建設的進展
此前，NASA曾與中佛羅里達大學（UCF）合作，探索在火星上3D打印建筑結構的方法。研究人員認為，可以將火星土壤加工成一個腔室，加熱到約3000華氏度（1648攝氏度），以產生氧氣和熔融金屬。奧地利應用科學大學旗下的研究公司Fotec也朝著 3D 打印太空結構的方向邁出了一步，他們用含有“火星塵埃”的復合材料3D 打印了一個微型冰屋和墻角。這些物體是歐洲航天局 (ESA) 技術研究計劃的一部分。
NASA 建立人類棲息地的努力遠不止火星。NASA 與總部位于德克薩斯州的建筑技術公司ICON合作，計劃在 2040 年前使用由當地風化層（月球表面的巖屑、礦物碎片和塵埃）制成的混凝土建造月球棲息地。這項名為“奧林匹斯計劃”的計劃已獲得 NASA 的大量資助，包括 2020 年的 3000 萬美元和 2022 年的5720 萬美元，用于開發能夠建造耐用永久月球建筑的 3D 打印系統。
△美國宇航局的“奧林匹斯計劃”。圖片來自 ICON。
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