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火星上的房屋?這種奇怪的生物材料 未來 或許可以用上?


2022年10月27日 - 宇宙小編  
 

地外工程的未來在於這種豐富的有機聚合物。

簡介:未來火星定居的藍圖中,科學家將昆蟲作為太空環境蛋白質的主要期望來源,昆蟲外骨骼也能在材料應用中提供原材料。新研發的方法可以用昆蟲外骨骼中的幾丁質制作多用途的建築材料。

可持續性和閉環制造正成為基於地球的制造業越來越重要的主題,但一項新的研究表明,這些相同的原則也可以用於模擬外星旅行。

新加坡的一個研究小組利用一種普遍存在的叫做幾丁質的有機聚合物,在從真菌纖維到貝殼的所有東西中都能找到這種聚合物,設計出一種稱為“biolith”的低能制造材料它利用火星表土(一種覆蓋固體岩石的松散沉積物混合物)和幾丁質的化學轉化溶液來制造一種彈性好、多用途的建築材料。

從制造工具到建造群體結構,一種像這樣的聚合物可能是地外工程的未來。

在周三發表在《公共科學圖書館·綜合》雜志上的研究中,研究人員解釋說,幾丁質是地球上第二流行的有機聚合物(僅次於纖維素),是他們實驗的首選,因為幾乎可以在任何生態系統中找到它。他們說,在外星環境中,昆蟲可能被用作早期定居者的可持續蛋白質來源,這一點尤其正確。

作者寫道:“昆蟲已被明確確定為潛在火星定居地的關鍵部分,作為高產量蛋白質補充物,滿足人類船員的熱量需求,並處理農業和生物廢物。”

使用這種材料,研究小組能夠制造出一種扳手,這種扳手能夠以與傳統扳手相同的扭矩擰緊螺栓。

該團隊還3D打印了一個受美國宇航局啟發的微型殖民地結構,以展示這種聚合物的大規模使用可以用於在火星或月球上制造完整殖民地的方式。雖然棲息地看起來更像一個陶土香薰器,而不是一個複雜的微型聚居地,但研究人員希望這種材料將來也能用於設計全尺寸、宜居的聚居地結構。

新加坡技術與設計學院的材料科學家Javier Fernandez和該研究的主要作者在一份聲明中說,這種可持續制造的方法有望創造一種“制造業的新範式”。

這種低能制造材料可能是空間工程的未來。

雖然昆蟲的肉可能成為零食的主食,但作者說,外骨骼的幾丁質聚合物實際上沒有什麼營養價值——這使得將這種副產品重新用作制造工具成為一個完美的閉環。

“與所有用於生產生物塑料的生物分子相比,幾丁質的提取不會妨礙或與食物供應競爭;相反,它是它的副產品,”研究人員寫道。

為了自己看看這種有機聚合物在這顆紅色星球上的作用效果,他們在實驗室進行了測試。

他們是如何做的——為了創造這種多功能聚合物溶液,團隊稱之為“生物層”作為火星表面的風化層,他們將幾丁質和1%的酸性酸結合起來,形成一種液體幾丁質溶液。

該團隊寫道,可以在火星上使用電解這樣的酸。在這個溶液中,他們加入了一種火星風化層興奮劑,以創造出最終的生物層溶液。

除了低能量的制造外,這種生物層溶液還可以作為三種不同的工程解決方案的聚合物——填充和密封裂縫、鑄造材料以及增材制造(如3d打印)。

該研究小組使用鑄造模型創建了一個生物層扳手。一個圖

使用這種材料,該團隊能夠制造一種扳手,可以用與傳統扳手相同的扭矩擰緊螺栓。

該團隊還3D打印了一個受nasa啟發的微型菌落結構,以演示這種聚合物可以用於在火星或月球上制造完整的菌落。雖然這個棲息地看起來更像是一個赤陶土的氣味擴散器,而不是一個複雜的微型殖民地住宅,但研究人員希望這種材料在未來也可以用於設計全規模、適宜居住的殖民地結構。

新加坡技術與設計大學的材料科學家哈維爾·費爾南德斯,也是該研究的主要作者,他在一份聲明中說,這種可持續制造的方法將有望創造一個“制造業的新範式”。

展望未來——美國宇航局和商業太空公司都著眼於在未來十年創造地外殖民地,而像我們在地球上習慣的浪費、無機制造不會在離家如此遠的環境中削減它。

利用我們近年來了解到的關於可持續性和零浪費生活的知識,本文背後的研究人員希望像生物層這樣的材料能夠提供一種新的可持續生活方式——無論是在這個地球上還是在場外。

“這裏提出的結果表明,開發一個閉環、零廢物的解決方案來解決地球上不可持續的發展,也可能是我們作為一種星際物種發展的關鍵。”

摘要:鑒於該公司計劃在2020年代末重新審視月球表面,並在2020年代末進行載人火星任務,關鍵技術必須成熟。在延長持續時間的任務中,現場資源利用是必要的,以最大化科學回報和減少成本。雖然這在火星資源匱乏的環境中提出了一個明顯更複雜的挑戰,但它與在地球上開發資源高效和零浪費生態系統的日益需求相似。在這裏,我們利用生物靈感幾丁質制造領域的最新進展,開發了一種制造技術,在火星環境中的最小的人工生態系統中支持人類。

BY: inverse

FY: 天空之城

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