科學家們已經找到了一種方法，將普通的生物聚合物轉變為高科技、可進行 3D 打印的建築材料。其秘訣在於海藻衍生的生物聚合物——海藻酸鈉，這種成分使冰淇淋更加滑順，並賦予波霸珍珠其特有的彈性。由科羅拉多大學博爾德分校及哥倫比亞大學的研究人員主導的一項新研究顯示，將少量這種食品級成分添加到當地的粘土和沙子中，可以使混合物在 3D 打印過程中變得極為光滑，並且最終結構也顯得格外堅固。
研究發現，海藻酸鈉會改變粘土顆粒的電荷，使它們相互排斥，從而保持混合物的穩定性，並使其順利流過 3D 打印機的噴嘴。科學家威爾·斯魯巴（Wil Srubar）表示：「從白蟻巢到土坯建築，人類和動物自古以來便利用土壤進行建設。然而，對於土建材料的設計，科學研究並不多，因此我們希望利用科學知識和工具來加以理解。」
海藻酸鈉令 3D 打印材料更具潛力
為了改變現狀，研究團隊向自然界尋求靈感。白蟻、黃蜂和蜂窩蠕蟲等生物均能在沒有任何水泥的情況下建造出複雜且耐用的結構。這些結構利用其自身唾液中的生物分子將土壤粘合在一起。研究人員測試了五種不同的天然粘合劑，包括日常廚房中常見的增稠劑如黃原膠和瓜爾膠。大多數粘合劑像重型膠水一樣，將土壤緊密粘合在一起，甚至堵塞了 3D 打印機。而海藻酸鈉則恰恰相反。它並不作為粘合劑，而是改變了粘土顆粒的電荷，使它們像同極的磁鐵一樣相互排斥。
這些顆粒在彼此之間輕鬆滑動，流動性如液體，之後卻能像石頭一樣凝固。值得注意的是，添加僅 0.12% 的海藻提取物到科羅拉多的一個採石場挖掘的原土中，便解鎖了這一完美配方。新的混合物能以比標準土壤快 33% 的速度進行打印，並能承受 25% 更多的壓力。
新技術在環境保護方面展現潛力
為了證明這一點，研究團隊打印了一堵 8 毫米厚（0.3 英寸）的牆，牆面向外傾斜 60 度，並保持穩定。相比之下，這個傾斜角度遠遠大於比薩斜塔。這項研究的環境影響也非常巨大。建築工地經常會挖掘大量土壤以建造地下室和基礎，目前大部分土壤都被運送到垃圾場。這種新方法使建築商能夠現場回收這一廢物，將處理的麻煩轉變為結構堅固的牆。此外，土壤牆還能自然調節室內濕度、捕捉污染物，並在極端高温和寒冷中為房間提供隔熱。
由於粘土和沙子隨處可得，這項技術可以在任何地區應用，將重型、碳密集的水泥替換為我們腳下的土地。雖然這項研究主要針對打印性能，但研究人員指出，他們的框架現在可以用來測試其他天然生物聚合物，這為發現新的有機添加劑開啟了大門，這些添加劑可能進一步提高 3D 打印土壤結構的強度和長期耐用性。
