以色列研究者：3D打印陶瓷珊瑚礁,，復(fù)現(xiàn)珊瑚礁的復(fù)雜生活環(huán)境

導(dǎo)讀：珊瑚礁的迅速減少，增加了探索珊瑚礁恢復(fù)的跨學(xué)科方法的必要性,。如今珊瑚礁恢復(fù)領(lǐng)域面臨著許多問題,，例如缺乏相關(guān)工具和技術(shù)等，珊瑚礁的恢復(fù)受到了極大的限制,，因此迫切需要研究探索能夠保護(hù)珊瑚并促進(jìn)整個(gè)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)再生的技術(shù),。

2022年5月,，南極熊獲悉，來自以色列四所頂尖大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新穎的 3D 打印工藝,，可以幫助保護(hù)全球重要的珊瑚礁,。他們?cè)凇禨cience of The Total Environment》發(fā)表了題為《Emerging 3D technologies for future reformation of coral reefs: Enhancing biodiversity using biomimetic structures based on designs by nature》的研究。研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合3D掃描,、環(huán)境 DNA 采樣和3D打印算法,，成功制造了獨(dú)特的3D打印陶瓷珊瑚礁，能夠保護(hù)珊瑚并促進(jìn)整個(gè)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的再生,。


珊瑚礁保護(hù)的新方法


△珊瑚礁保護(hù)方法概述


△3D打印用于珊瑚礁保護(hù)一覽圖

1. 首先,，該團(tuán)隊(duì)掃描了水下珊瑚礁的形貌，獲取了珊瑚礁的照片,，從中可以得到準(zhǔn)確的三維3D模型,。為了計(jì)算珊瑚礁的復(fù)雜形態(tài)并了解其形態(tài)如何促進(jìn)珊瑚礁的物種多樣性，研究團(tuán)隊(duì)拍攝了數(shù)千張圖像用于實(shí)驗(yàn)研究,。

2.然后,，該團(tuán)隊(duì)利用分子方法收集環(huán)境遺傳信息，以提供有關(guān)生活在珊瑚礁中的生物的數(shù)據(jù),。該數(shù)據(jù)與其他參數(shù)（例如核心珊瑚礁特征）相結(jié)合,，應(yīng)用進(jìn)“3D技術(shù)算法”，從而構(gòu)建有關(guān)珊瑚礁的交互式參數(shù)模型,。然后可以設(shè)計(jì)該模型以精確適應(yīng)所需的珊瑚礁環(huán)境,。

3.最后，該團(tuán)隊(duì)使用陶瓷3D打印工藝將數(shù)字模型轉(zhuǎn)化為實(shí)物,。此次打印的珊瑚礁材料是一種獨(dú)特的陶瓷材料,，其在水下具有天然多孔的性質(zhì)​​。據(jù)研究人員稱,，所設(shè)計(jì)制造的珊瑚礁能夠?yàn)樯汉鹘感迯?fù)提供理想條件,。


△從掃描到實(shí)物的變化過程

總結(jié)
“現(xiàn)有的人工珊瑚礁難以復(fù)現(xiàn)珊瑚棲息地的復(fù)雜性，也難以反映自然環(huán)境的珊瑚礁物種,，我們引入了一種新穎的可定制3D制造方法,，用于利用從珊瑚生態(tài)系統(tǒng)收集的真實(shí)數(shù)據(jù)來生成模擬的珊瑚棲息地，更適合珊瑚的生長,�,！�

——第一作者Natalie Levy

“使用天然材料進(jìn)行3D打印有助于生產(chǎn)高度復(fù)雜和多樣化的產(chǎn)品，這是使用通常的模具生產(chǎn)方式無法實(shí)現(xiàn)的,。”

—— Ezri Tarazi 教授

“使用 3D 打印可以在基于算法的現(xiàn)實(shí)解決方案中實(shí)現(xiàn)廣泛的行動(dòng)自由,，并為大規(guī)模海洋修復(fù)的發(fā)展吸收可持續(xù)生產(chǎn)。”

——Ofer Berman  

在解決拯救珊瑚礁中有兩個(gè)關(guān)鍵問題需要解決,。首先,，需要一種創(chuàng)新的、適應(yīng)性強(qiáng)的方法來促進(jìn)全球珊瑚礁的大規(guī)�,；謴�(fù),；其次，能夠復(fù)現(xiàn)珊瑚礁在大小和設(shè)計(jì)上的自然復(fù)雜性,，這將吸引當(dāng)?shù)氐纳汉�,、魚類和無脊椎動(dòng)物物種促進(jìn)珊瑚礁的再生。據(jù)該團(tuán)隊(duì)稱,，此3D打印算法允許輸入每個(gè)珊瑚礁的數(shù)據(jù),，以及具有根據(jù)特定珊瑚礁環(huán)境定制3D打印模型的能力。根據(jù)流程中收集的信息,，數(shù)據(jù)可以不斷地重新輸入算法,，以評(píng)估設(shè)計(jì)實(shí)施后的有效性和效率。

其他3D打印珊瑚礁
由于全球變暖和沿海地區(qū)城市化加速等因素,，世界珊瑚礁正在迅速減少,，許多珊瑚礁已經(jīng)滅絕。結(jié)果,，這給依賴珊瑚礁生存的海洋生物帶來了巨大壓力,，隨后對(duì)我們海洋的生物多樣性產(chǎn)生了災(zāi)難性影響。

●增材制造是正在探索的眾多技術(shù)之一,，以幫助珊瑚礁恢復(fù)健康,，早在2015年研究者就開始嘗試生產(chǎn)3D打印珊瑚礁，此后的研究在將3D打印的珊瑚結(jié)構(gòu)融入海洋環(huán)境方面取得了積極成果,，證明了該技術(shù)有助于恢復(fù)天然珊瑚礁的潛力,。


△人造珊瑚礁

●劍橋大學(xué)和加州大學(xué)圣地亞哥分校最近的項(xiàng)目已經(jīng)成功地對(duì)能夠生長微型藻類群落的珊瑚模擬結(jié)構(gòu)進(jìn)行生物打印。


△帶有藻類的 3D 生物打印珊瑚結(jié)構(gòu),。照片來自劍橋大學(xué),。

●來自香港大學(xué)的科學(xué)家對(duì)陶土磚進(jìn)行3D打印，促進(jìn)珊瑚礁的附著,。


△使用3D機(jī)器人粘土打印機(jī)3D打印陶土瓷磚,。圖片來自香港大學(xué)。


原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.154749