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火星上的房屋?这种奇怪的生物材料 未来 或许可以用上?

天文在线

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2021-11-25 10:17:20

地外工程的未来在于这种丰富的有机聚合物。

简介:未来火星定居的蓝图中,科学家将昆虫作为太空环境蛋白质的主要期望来源,昆虫外骨骼也能在材料应用中提供原材料。新研发的方法可以用昆虫外骨骼中的几丁质制作多用途的建筑材料。

可持续性和闭环制造正成为基于地球的制造业越来越重要的主题,但一项新的研究表明,这些相同的原则也可以用于模拟外星旅行。

新加坡的一个研究小组利用一种普遍存在的叫做几丁质的有机聚合物,在从真菌纤维到贝壳的所有东西中都能找到这种聚合物,设计出一种称为“biolith”的低能制造材料它利用火星表土(一种覆盖固体岩石的松散沉积物混合物)和几丁质的化学转化溶液来制造一种弹性好、多用途的建筑材料。

从制造工具到建造群体结构,一种像这样的聚合物可能是地外工程的未来。

在周三发表在《公共科学图书馆·综合》杂志上的研究中,研究人员解释说,几丁质是地球上第二流行的有机聚合物(仅次于纤维素),是他们实验的首选,因为几乎可以在任何生态系统中找到它。他们说,在外星环境中,昆虫可能被用作早期定居者的可持续蛋白质来源,这一点尤其正确。

作者写道:“昆虫已被明确确定为潜在火星定居地的关键部分,作为高产量蛋白质补充物,满足人类船员的热量需求,并处理农业和生物废物。”

使用这种材料,研究小组能够制造出一种扳手,这种扳手能够以与传统扳手相同的扭矩拧紧螺栓。

该团队还3D打印了一个受美国宇航局启发的微型殖民地结构,以展示这种聚合物的大规模使用可以用于在火星或月球上制造完整殖民地的方式。虽然栖息地看起来更像一个陶土香薰器,而不是一个复杂的微型聚居地,但研究人员希望这种材料将来也能用于设计全尺寸、宜居的聚居地结构。

新加坡技术与设计学院的材料科学家Javier Fernandez和该研究的主要作者在一份声明中说,这种可持续制造的方法有望创造一种“制造业的新范式”。

这种低能制造材料可能是空间工程的未来。

虽然昆虫的肉可能成为零食的主食,但作者说,外骨骼的几丁质聚合物实际上没有什么营养价值——这使得将这种副产品重新用作制造工具成为一个完美的闭环。

“与所有用于生产生物塑料的生物分子相比,几丁质的提取不会妨碍或与食物供应竞争;相反,它是它的副产品,”研究人员写道。

为了自己看看这种有机聚合物在这颗红色星球上的作用效果,他们在实验室进行了测试。

他们是如何做的——为了创造这种多功能聚合物溶液,团队称之为“生物层”作为火星表面的风化层,他们将几丁质和1%的酸性酸结合起来,形成一种液体几丁质溶液。

该团队写道,可以在火星上使用电解这样的酸。在这个溶液中,他们加入了一种火星风化层兴奋剂,以创造出最终的生物层溶液。

除了低能量的制造外,这种生物层溶液还可以作为三种不同的工程解决方案的聚合物——填充和密封裂缝、铸造材料以及增材制造(如3d打印)。

该研究小组使用铸造模型创建了一个生物层扳手。一个图

使用这种材料,该团队能够制造一种扳手,可以用与传统扳手相同的扭矩拧紧螺栓。

该团队还3D打印了一个受nasa启发的微型菌落结构,以演示这种聚合物可以用于在火星或月球上制造完整的菌落。虽然这个栖息地看起来更像是一个赤陶土的气味扩散器,而不是一个复杂的微型殖民地住宅,但研究人员希望这种材料在未来也可以用于设计全规模、适宜居住的殖民地结构。

新加坡技术与设计大学的材料科学家哈维尔·费尔南德斯,也是该研究的主要作者,他在一份声明中说,这种可持续制造的方法将有望创造一个“制造业的新范式”。

展望未来——美国宇航局和商业太空公司都着眼于在未来十年创造地外殖民地,而像我们在地球上习惯的浪费、无机制造不会在离家如此远的环境中削减它。

利用我们近年来了解到的关于可持续性和零浪费生活的知识,本文背后的研究人员希望像生物层这样的材料能够提供一种新的可持续生活方式——无论是在这个地球上还是在场外。

“这里提出的结果表明,开发一个闭环、零废物的解决方案来解决地球上不可持续的发展,也可能是我们作为一种星际物种发展的关键。”

摘要:鉴于该公司计划在2020年代末重新审视月球表面,并在2020年代末进行载人火星任务,关键技术必须成熟。在延长持续时间的任务中,现场资源利用是必要的,以最大化科学回报和减少成本。虽然这在火星资源匮乏的环境中提出了一个明显更复杂的挑战,但它与在地球上开发资源高效和零浪费生态系统的日益需求相似。在这里,我们利用生物灵感几丁质制造领域的最新进展,开发了一种制造技术,在火星环境中的最小的人工生态系统中支持人类。

BY: inverse

FY: 天空之城

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