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DARPA要把3D生物打印技術概念用于建筑業

童程童美 2016-10-31

在所有不同的3D打印技術中,3D生物打印也許是最特別的一個——并不僅僅因為它使用的材料包含活細胞。3D打印塑料立即會呈現出最終的形狀,然而3D生物打印的材料會生長為更大的功能性組織。

摘要

在所有不同的3D打印技術中,3D生物打印也許是最特別的一個——并不僅僅因為它使用的材料包含活細胞。3D打印塑料立即會呈現出最終的形狀,然而3D生物打印的材料會生長為更大的功能性組織。雖然迄今只限于非常小的實驗室項目,但我們最終可能會看到它的大規模應用。近日,DARPA剛剛推出了工程活體材料(ELM)計劃,旨在把同樣的活體成長性材料應用到建筑業。

美國國防部高級研究計劃局(DARPA)是美國最大的政府背景創新驅動機構。據了解,這個ELM計劃只是DARPA推出的一系列有趣計劃中的一個。就在幾個月前,他們發起了一項倡議,私人設計師可以提交3D打印武器的計劃,使美國可以更好地應對恐怖主義威脅。

DARPA要把3D生物打印技術概念用于建筑業

DARPA的ELM計劃代表了其對建筑行業的關注。正如他們所揭示的,該計劃的設立主要為了解決這個行業中經常要面對的兩大問題:建筑材料運輸和材料損耗。事實上,取決于你想要構造建筑的地點不同,運輸費用可能要占最終費用的很大一部分,而材料損耗也是建筑工程中常見的成本。

那么,DARPA的解決方案是什么?工程生物學。他們認為“活體生物材料——比如骨骼、皮膚、樹皮和珊瑚等——比人們建筑時使用的非活體材料更有優勢,它們可以被種植在需要的地方,在受到損傷后可以自我修復,并應對周圍環境的變化?!蓖ㄟ^把這些材料包含進人造結構,建筑方也會獲得巨大的好處。其中包括,它可以實現智能基礎建設,這些建筑能夠對其周圍的環境和天氣條件做出反應。

ELM計劃簡單來說就是要開發出適合這些應用的材料,既有必要的結構屬性又有所需的活體系統屬性?!癊LM計劃的設想是在需要的地方種植材料,”ELM計劃負責人Justin Gallivan說?!跋胂笠幌?,我們可以運輸半成品并使用本地資源讓其生長,而不是運輸成品。而且,由于材料是活著的,它們將能夠響應周圍環境的變化,并自我修復?!?

為了實現這一目標,ELM希望能夠將木材、混凝土等惰性建筑材料的功能與3D打印組織和生物支架的生長能力相融合。具體來說,他們設想的是一組核心材料,本身不是真正活著的但可以作為某些活體材料的支架。它們的功能將從生物的基因組、生物結構或者理論上獲得,進而被調整為適合任何建設目的。

DARPA要把3D生物打印技術概念用于建筑業

雖然這可能需要幾年的時間來發展,但DARPA已經有了大膽的設想。正如3D生物打印的細胞結構應使血液能夠流動,這些活體建筑材料應具備某些功能如呼吸、再生,甚至消耗某些廢品如苔蘚或油。更重要的是,這些材料應該可以小批量運輸并生長為所需的形狀。當然,這可以大大降低運輸成本。

隨著3D生物打印已經可以使用廉價的原料實現特定的形狀、規格和功能,DARPA的計劃當然不只是幻想。此外,木材和其他建筑材料也開始作為活體生物材料。如果這些功能可以被保留并與其他材料合并,那么可擴展的施工應用肯定可以實現?!暗@一目標的實現需要科學家們對于發展路徑的認識以及這些路徑如何直接引導多細胞系統的3D發展等方面產生重大突破,”DARPA承認說。

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