从冰沙配料到火星建筑材料

冰干水果和火星栖息地有什么共同点？对于香港科技大学土木工程师邱金山来说，这两者之间的联系促成了一项突破——有朝一日，这项技术可能帮助人类利用地球上最古老的生物原料之一——酵母——在红色星球上建造房屋。

邱金山团队开发了一种由明胶、经过特殊工程改造的酵母和沙子组成的新型建筑材料。当暴露在火星的极端低温和近乎真空的气压环境中时，这种材料会硬化成强度接近低标号混凝土的结构。这项研究于2026年9月发表，为外星建筑开辟了新前沿——而这一切始于一个厨房里的观察。

冰干水果如何启发了火星配方

“我的灵感来自冰干水果变硬的现象，”邱金山解释道。火星天然具备冰干条件：温度骤降至零下30°C，大气压仅为地球的百分之一。邱金山没有对抗这些恶劣条件，而是思考能否将其转化为建筑优势。

最终的配方简洁而精妙。研究团队培育了表面涂覆黏性蛋白质的酵母细胞——这种黏附分子与贻贝附着在岩石上使用的蛋白质相同。当与明胶和火星表壤模拟物（沙子）混合时，明胶充当粘合剂，将各成分团聚在一起，同时为酵母生长提供支架。沙子则提供质量和结构完整性。

一旦混合物通过3D打印机沉积成型，火星的极端环境就会接管后续过程。极低的温度和气压将材料冰干，形成轻质多孔泡沫，最终固化为承重结构。研究团队已制造出约葡萄酒软木塞大小的测试穹顶，但该材料的力学性能表明它可以扩展到全尺寸栖息地。

一种可存活、可回收的建筑材料

这种方法真正具有革命性的是，材料仍然保持”活性”。与传统混凝土或钢材不同，这种酵母基复合材料可以被分解、回收并重新发酵用于新建筑。这种生物可回收性解决了地外栖息地最大的挑战之一：资源稀缺。

在火星上，从地球发射每公斤物资需要花费数万美元。一种能够就地取材（火星沙子）、结合轻质生物制剂（酵母和明胶可以运输或最终在火星培养）、并在使用寿命结束时可回收的建筑材料，代表着太空建筑思维的范式转变。

这种活体建筑材料的理念正在研究界获得广泛关注。瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员开发了类似的酵母基材料用于地球建筑。他们的配方将面包酵母与木材纤维素、褐藻藻酸盐和植物甘油结合，创造出一种可在室温下3D打印的水凝胶——零浪费、完全可生物降解、全部由可再生成分制成。

从葡萄酒软木塞到全尺寸栖息地

目前的测试结构还很小，但扩展路径已经清晰。近年来，建筑3D打印技术发展迅速。ICON公司——为NASA制造火星沙丘阿尔法模拟栖息地的公司——已经用混凝土基材料在地球上打印了200多栋房屋，并获得了月球建筑合同。

与此同时，德克萨斯A&M大学的研究人员开发了合成地衣系统——结合真菌和蓝藻——可以仅利用阳光、空气和无机营养物将火星表壤自主粘合成结构材料。生物材料科学与增材制造的融合正在为地外建筑创造多条可行路径。

邱金山的酵母-明胶方法具有独特优势：简洁性。成分简单易懂，过程利用火星天然条件而非对抗它们，材料的可回收性意味着少量初始有效载荷可以支持多年的持续建设。

这对地球3D打印意味着什么

虽然火星栖息地仍然遥远，但底层技术在地球上已有直接应用。生物基3D打印材料可以彻底改变地球上的可持续建筑——用可再生、可生物降解的替代品取代石油基塑料和高碳混凝土。

在TT3DPrint，我们每天都在使用FDM 3D打印技术，不断突破定制制造的边界。邱金山的研究提醒我们，3D打印的未来远不止塑料耗材——它延伸到生物材料、多基材打印，以及十年前还像科幻小说一样的应用场景。

前路展望

酵母建造的火星栖息地成为现实之前仍有重大挑战。测试结构需要从厘米级扩展到米级。生物制剂必须经受住长时间太空飞行的考验。材料必须通过严格的结构测试才能用于人类居住。

但基本概念——利用火星自身的冰干条件硬化生物基建筑材料——是合理的、优雅的、极富创造力的。随着航天机构和私营公司竞相在火星建立永久人类存在，可能是 humble 的酵母——那个赋予我们面包和啤酒的微生物——为人类第一个地外家园奠定基础。