在研发怎么建造火星基地时,科学家发明了一种新的生产技术!

subtitle 前瞻网 09-28 14:58 跟贴 3 条
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梦想有朝一日殖民火星的太空迷们必须要面对一个严峻的现实,那就是火星自然资源是有限的,尤其是在建筑材料方面。

来自新加坡科技与设计大学的一组科学家发现,利用简单的化学方法进行处理之后,昆虫和甲壳类动物外骨骼中的有机聚合物甲壳素,可以很容易地转化为基本工具和栖息地的建筑材料。这种方法只需要用到最少的能源,还不需要向火星运输专门的设备。科学家们在《公共科学图书馆·综合》杂志上发表了一篇论文,描述了他们的实验。

论文合著者Javier Fernandez说:“这项技术最初是为了在城市环境中创建循环生态系统而开发的。但这种方法的效率非常高,在一个没有生命的星球、或者是资源极其稀缺的环境中的封闭人工生态系统里,这种方法是最有效、最能够扩大规模生产的材料生产方法。”

正如之前报道的那样,美国宇航局已经宣布了一项雄心勃勃的计划,要将美国宇航员送回月球,并在那里建立一个永久基地,并计划最终将宇航员送上火星。而材料科学对阿尔忒弥斯月球计划的成败至关重要,尤其是在建造月球(或火星)基地所需的材料方面。例如,混凝土需要添加大量的水才能在现场使用,而月球和火星上都明显缺水,运输水的话成本也会高得令人望而却步。NASA估计,将1磅重的物质送入轨道需要花费大约1万美元。

因此,人们非常关注利用月球上的现有材料去建造月球基地的可能性。过去的提议要求使用Sorel水泥进行3D打印,但这需要大量的化学物质和水(消耗品),以及一种像岩石一样的材料,它还需要水和磷酸作为液体粘合剂。今年3月,一个国际科学家小组发表的一篇论文指出,宇航员在月球上建立基地的时候,可以利用他们尿液中的尿素作为增塑剂,从月球土壤中创造出一种类似混凝土的建筑材料。

就像在月球上一样,任何在火星上建立居住基地的计划都必须采用利用火星风化层的制造技术。但是,这篇论文的作者指出,大多数能够满足需求的陆地制造策略通常都需要专门的设备和大量的能源。然而,作者写道,“大自然展示了生命适应恶劣环境的成功策略。在生物有机体中,它们会通过低能量消耗的方式整合从环境中得到的无机填料(如碳酸钙),然后以相对较高的代谢成本来合成有机基质(如甲壳素),形成刚性结构。”

Fernandez和他的同事们坚持认为,甲壳素很可能会成为任何计划人工生态系统的一部分,因为它在自然界中非常地丰富。例如,它是鱼鳞和真菌细胞壁的主要成分,也是甲壳类动物和昆虫的外骨骼的主要成分。事实上,科学家们已经将昆虫作为潜在火星基地的关键蛋白质来源了。由于昆虫的甲壳素成分对人类的营养价值有限,提取它来制造建筑材料“不会妨碍或与食物供应竞争。相反,它是食物的副产品。”作者写道。

在他们的实验中,研究人员只利用了相当简单的化学反应。他们从虾中提取壳聚糖,将其溶解在醋酸中(一种厌氧与好氧发酵的常见副产品),然后将其与一种和火星土壤相似的矿物质结合在一起,从而制造出甲壳素建筑材料。他们用它制作了各种各样的物件,对这种材料的性能进行了测试,其中最著名的是一个功能性扳手,他们通过拧紧一个六角螺栓来对这个扳手进行了测试。虽然它不太可能在某些关键的太空应用中取代金属工具,但它被证明足够坚固,能够在日常小任务中维持足够的扭矩。

接下来,从圆柱体、立方体到既有圆形又有棱角的物体(包括一个小火星人),该团队尝试将这种材料塑造成各种几何形状,通过增材制造来研究它作为建筑材料的潜力。科学家们还证明,这种生物矿物可以用作临时砂浆,有效地堵住了管道上的一个小洞,管子后来连续几周都没有漏水。最后,他们为一个潜在的火星栖息地设计建造了一个完整的3D打印模型,这只花了不到两个小时的时间。研究人员的结论认为,他们的结果证明了这种“闭环、零废物”的解决方案在火星上的可行性。

Fernandez说:“仿生制造和可持续材料并不是合成聚合物的替代技术,而是一种定义了一种新的制造范式的技术,这种技术可以做合成材料无法做到的事情。我们已经证明,它们不仅对我们在地球上的可持续性至关重要,而且对人类的下一项重大成就也至关重要,那就是向星际物种转变。”

原文链接:https://www.wired.com/story/scientists-may-have-found-a-material-for-building-on-mars/

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