Martian Biolith: Một hỗn hợp lấy cảm hứng sinh học mới để in 3D trên sao Hỏa
Ngày tạo: 14/10/2020 9:52:54 SACó nhiều thách thức đối với việc sử dụng tài nguyên tại chỗ ngoài Trái đất. Tuy nhiên, khi các kế hoạch khám phá không gian của con người sắp đến gần, nhu cầu cấp bách là phải đưa ra các giải pháp sáng tạo giúp phi hành đoàn tiếp cận với các nguồn cung cấp thiết yếu và các yếu tố duy trì sự sống. Các kế hoạch thăm dò Mặt Trăng của con người trong chương trình Artemis của NASA có thể đưa các phi hành gia lên bề mặt Mặt Trăng sớm nhất vào năm 2024 và dự kiến khám phá bền vững vào cuối thập kỷ này.
Tuy nhiên, sống và làm việc trong không gian trong nhiều tháng hoặc nhiều năm đồng nghĩa với việc tạo ra các sản phẩm bằng vật liệu địa phương để tránh chi phí vận chuyển cực cao - ước tính khoảng 100.000 USD / tấn tới sao Hỏa của doanh nhân vũ trụ Elon Musk. Mặc dù một số quy trình đã được đề xuất sử dụng khoáng chất và đá tự nhiên làm nguyên liệu cho in 3D tại chỗ, các chuyên gia đã chỉ ra rằng vẫn chưa rõ mức độ nào trong số các vật liệu này có thể được chuyển đổi kinh tế và sử dụng cho sản xuất phụ gia (AM).
Giờ đây, một nghiên cứu mới của một nhóm các nhà khoa học tại Đại học Công nghệ và Thiết kế Singapore (SUTD) đã đề xuất sử dụng một chất tạo màng sinh học hữu cơ phổ biến và làm việc với hóa học đơn giản để tạo ra một vật liệu có thể được sử dụng để in 3D các vật thể, như công cụ và nơi trú ẩn, trên Sao Hoả. Kết quả là, một hỗn hợp regolith đầy mồ hôi sinh học có tên là Martian biolith có thể được tạo ra với năng lượng tối thiểu và không cần vận chuyển thiết bị chuyên dụng hoặc nguyên liệu chuyên dụng.
Mô hình môi trường sống trên sao Hỏa đã hoàn thành với mô-đun tàu đổ bộ in 3D minh họa một kịch bản có thể tạo ra môi trường sống trên sao Hỏa
Các nhà khoa học đã mô tả các thí nghiệm của họ trong một bài báo gần đây được công bố trên tạp chí PLOS ONE. Đồng tác giả và Thành viên Học thuật sáng lập tại SUTD Javier Fernandez và các đồng nghiệp của ông giải thích rằng công nghệ sản xuất đơn giản của họ dựa trên chitin, một trong những polyme hữu cơ phổ biến nhất trên Trái đất. Nó được tạo ra và chuyển hóa bởi các sinh vật trên hầu hết các vương quốc sinh vật và có thể sẽ là một phần của bất kỳ hệ sinh thái nhân tạo nào vì nó là giải pháp thường xuyên của sinh học để hình thành các thành phần cấu trúc. Chitin có thể được tìm thấy trong thành tế bào ở nấm, bộ xương ngoài của động vật chân đốt, chẳng hạn như động vật giáp xác và côn trùng, và vảy của cá và động vật lưỡng cư.
Đối với nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng chitosan có nguồn gốc từ tôm, sau đó họ hòa tan trong một nồng độ axit axetic thấp (một sản phẩm phụ phổ biến trong cả quá trình lên men hiếu khí và kỵ khí). Sau đó, họ kết hợp chitosan với một khoáng chất được thiết kế để bắt chước các đặc tính của đất sao Hỏa để tạo ra dung dịch sinh học cuối cùng.
Để kiểm tra tính phù hợp của biolith làm nguyên liệu cho in 3D, họ đã tạo ra một mô hình môi trường sống được thu nhỏ lấy cảm hứng từ thiết kế của người chiến thắng môi trường sống in 3D của NASA MARS HAbitat (MARSHA) của AI SpaceFactory. Biolith được ép đùn bằng robot thành ba phân đoạn, sử dụng máy đùn ram khí nén gắn trên cánh tay robot sáu trục KUKA KR 60 HA. Nhóm nghiên cứu đã mất chưa đầy hai giờ để in cấu trúc. Một trong những ưu điểm của thiết lập máy in là khả năng điều chỉnh quy trình để cân bằng giữa tốc độ và độ nét, cũng như khả năng chia tỷ lệ các hiện vật được in thành nhiều mức độ lớn khác nhau bằng cách sử dụng cùng một chất liệu và công nghệ sản xuất.
Thiết lập sản xuất phụ gia bao gồm một máy đùn ram khí nén được gắn trên một cánh tay robot 6 trục.
Họ cũng sử dụng biolith đa năng để đúc các hình dạng khác nhau, bao gồm cả cờ lê chức năng sau này đã được thử nghiệm, được sử dụng để sửa chữa một đường ống bị hỏng. Thông qua nghiên cứu, các tác giả đã có thể chứng minh rằng vật liệu này cho phép sản xuất nhanh chóng các vật thể có thể hỗ trợ con người trong môi trường sao Hỏa. Mô tả rằng các sản phẩm ban đầu của biolith có thể là các công cụ và thiết bị tiêu hao được chế tạo hàng loạt bằng tay hoặc đúc.
Tài nguyên khan hiếm trong môi trường ngoài Trái đất đặt ra những thách thức lớn đối với việc thiết lập một chu trình sinh thái khép kín hỗ trợ các hoạt động của con người, tương tự như vấn đề phát triển bền vững trên Trái đất. Fernandez gợi ý rằng công nghệ này ban đầu được phát triển để tạo ra các hệ sinh thái tròn trong môi trường đô thị, nhưng do tính hiệu quả của nó, nó cũng là phương pháp phù hợp nhất và có thể mở rộng để sản xuất vật liệu trong một hệ sinh thái nhân tạo khép kín trong môi trường cực kỳ khan hiếm của một hành tinh hoặc vệ tinh không có sự sống. Chính bằng cách xem xét các chiến lược thành công của tự nhiên để thích ứng với môi trường khắc nghiệt, chúng có thể tạo ra sinh vật đa năng trên sao Hỏa.
Fernandez cho biết: “Ngược lại với nhận thức chung, sản xuất bioinspired và vật liệu bền vững không phải là công nghệ thay thế cho polyme tổng hợp, mà là một công nghệ cho phép xác định một mô hình mới trong sản xuất và cho phép thực hiện những điều mà các đối tác tổng hợp không thể đạt được. “Ở đây, chúng tôi đã chứng minh rằng chúng là chìa khóa không chỉ cho sự bền vững của chúng ta trên Trái đất mà còn cho một trong những thành tựu lớn nhất tiếp theo của nhân loại: sự biến đổi của chúng ta thành một loài liên hành tinh.”
Các phần được in 3D sau khi sấy khô và trước khi lắp ráp
Cộng đồng nghiên cứu hiện đang đánh giá các cơ hội sử dụng các loại đá và khoáng chất hiện có để chế tạo không gian mà sẽ không đòi hỏi quá trình xử lý cực đoan hoặc cao. Nhiều phương pháp sản xuất hiện đang được xem xét cho sự phát triển ngoài Trái đất dựa trên các công nghệ cho mô hình phong phú của Trái đất và thường được đặc trưng bởi các quá trình liên quan đến nhiệt độ và áp suất cao hoặc polyme với quá trình sinh tổng hợp chuyên dụng và phức tạp.
Tuy nhiên, các sứ mệnh thám hiểm không gian tới sao Hỏa trong tương lai sẽ yêu cầu một khu định cư bền vững ngoài trái đất phải tiết kiệm tài nguyên với các hệ thống sinh thái khép kín tại chỗ, đòi hỏi ít năng lượng hơn để xử lý, dần dần trở thành thứ có thể sử dụng cho AM. Thông qua nghiên cứu mới này, nhóm đã chứng minh một cách sáng tạo để tạo ra một vật liệu tổng hợp với yêu cầu sản xuất thấp, tích hợp sinh thái và tiện ích linh hoạt có thể trở thành cơ sở của môi trường sao Hỏa trong tương lai.
Nguồn: 3dprint
Data Design Việt Nam
Tags: data design data design viet nam ddv mayin3D congnghein3D in3D
.jpg)
.jpg)