这种奇怪的生物材料可能是火星上房屋的基础

摘要：鉴于计划在21世纪20年代末重访月球表面，并在21世纪30年代末执行载人火星任务，关键技术必须成熟。在持续时间较长的任务中，为了使科学收益最大化和成本最小化，必须就地利用资源。虽然这在资源匮乏的火星环境中提出了一个明显更为复杂的挑战，但这与地球上越来越需要发展的资源节约型和零浪费生态系统相似。在这里，我们利用生物启发的甲壳素制造领域的最新进展，开发一种制造技术，用于在火星环境中支持人类的最小人工生态系统。

可持续性和闭环制造正成为地球制造业的一个日益重要的课题，但一项新的研究表明，这些相同的原则也可以用来模拟外星旅行。

使用一种无处不在的有机聚合物甲壳素，从真菌纤维到贝类贝壳都能找到，来自新加坡的一个研究小组设计了一种低能耗的制造材料，叫做“生物石”，它利用火星的风化层（覆盖固体岩石的沉积物的松散混合物）和甲壳素的化学转化溶液来制造出一种有弹性、多用途的建筑材料。

从制造工具到建造群体结构，这种聚合物可以做任何事情，这可能是外星工程的未来。

在他们周三发表在《公共科学图书馆综合》杂志上的研究中，研究人员解释说，甲壳素是地球上第二大最普遍的有机聚合物（仅次于纤维素），是他们实验的首选，因为它几乎可以在任何生态系统中找到。他们说这在地外环境中尤其如此，在那里昆虫可以作为早期定居者的可持续蛋白质来源。

作者写道：“特别是昆虫已经被确认为潜在的火星定居点的关键部分，作为一种高产量的蛋白质补充剂，可以满足人类船员的热量需求，并处理农业和生物废料。”。

虽然昆虫的肉可能会成为零食主食，但作者说，外骨骼的甲壳素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。

研究人员写道：“与用于生产生物塑料的所有生物分子相比，甲壳素的提取不会阻碍或与食物供应竞争；相反，甲壳素是其副产品。”。

为了亲眼看看这种有机聚合物在这颗红色星球上究竟能起多大作用，他们在实验室里对其进行了测试。

他们是怎么做到的？为了创造出这种多用途的聚合物溶液，研究小组称之为“生物石”，在火星表面的风化层上发挥作用，他们将甲壳素和1%的酸性酸混合，形成一种液态甲壳素溶液。

研究小组写道，像这样的酸可以在火星上通过电解等过程实现。在这个解决方案中，他们添加了一种火星表土刺激物来创造最后的生物石解决方案。

除了低能耗的制造，这种生物石解决方案还可以作为三种不同工程解决方案的聚合物——填充和密封裂缝、铸造材料和添加剂制造（如3D打印）

利用这种材料，研究小组能够制造出一种扳手，可以用与传统扳手相同的扭矩拧紧螺栓。

该小组还3D打印了一个由美国宇航局启发的微型菌落结构，以演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的殖民地。虽然这个栖息地看起来更像是一个陶土香味的扩散器，而不是一个复杂的小型聚居区，研究人员希望这种材料将来也能用于设计全尺寸、可居住的群体结构。

新加坡技术与设计大学（Singapore University of Technology and Design）的材料科学家、这项研究的主要作者哈维尔·费尔南德斯（Javier Fernandez）在一份声明中说，这种可持续制造的方法有望创造一个“制造业的新范式”。

展望未来——美国宇航局和商业航天公司都着眼于在未来十年内创造外星殖民地，而像我们在地球上惯常使用的浪费性无机制造业，在离家这么远的环境中是不会有用的。

利用我们近年来对可持续性和零浪费生活的了解，这篇论文的研究人员希望像生物石这样的材料能够提供一种新的可持续生活方式——无论是在地球上还是在地球以外。

这里展示的结果表明，开发一种闭环、零浪费的解决方案来解决地球上不可持续的发展问题，可能也是我们作为星际物种发展的关键。

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