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可以在飞船上生产的靴子,竟是用汗液和真菌做成的

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出品|网易科学人栏目组 小小

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2016年,伦敦设计师利兹·乔卡约洛(Liz Ciokajlo)收到纽约现代艺术博物馆(MoMA)的委托,请她重新帮忙设计“月球靴”。月球靴的灵感源自美国阿波罗登月工程宇航员所穿的鞋子,看起来就像毛茸茸的雪地靴。

“月球靴”于1972年发射升空,当时正值月球探测任务的高潮,它是20世纪“塑料时代”的标志,博物馆馆长们希望能有一个全新的版本。乔卡约洛知道,只有生物材料才能在后塑料时代发挥作用,但这位设计师也希望有个全新的目的地来帮助启发灵感。

可以在飞船上生产的靴子,竟是用汗液和真菌做成的

乔卡约洛想到,我们这代人对太空旅行的痴迷不再是月球,而是火星。而火星可以帮助她真正跳出固有的思维模式。乔卡约洛说:“火星始终是个神秘而充满想象的地方。”

这些想法促使乔卡约洛研发出一种奇妙的生物材料,这种材料已经引起了建筑材料创新工程师和美国宇航局(NASA)、欧洲航天局(ESA)等顶级航天机构的注意。她的最终设计是一款高挑的女性靴子,外观看起来粗糙,可以在飞船上生产,使用的材料几乎只有人类的汗液和真菌孢子,非常适合带着有限行李前往火星进行7个月太空旅行。

这种神奇的生物材料是菌丝,即真菌的营养部分。如果你把蘑菇想象成真菌的“果实”,那么菌丝可以被看作是它的根或茎。菌丝看起来像一团白色的线状结构,每个结构都被叫做菌丝,它纵横交错地覆盖着土壤和其他真菌生长的物质上。这些脉菌丝统称为菌丝体,是真菌中最大的部分。

菌丝体有惊人的特性。它是一种很好的循环利用材料,因为它利用基质(如锯末或农业废料)来制造更多的材料,并且在合适的条件下具有几乎无限增长的潜力。它能承受比传统混凝土更大的压力而不断裂,是一种已知的绝缘体和阻燃剂,甚至能在太空任务中提供辐射防护。

可以在飞船上生产的靴子,竟是用汗液和真菌做成的

图2:火星靴的外部是由菌丝体制成的,而内部是棉麻复合菌丝体材料

艺术家兼工程师莫里齐奥·蒙塔尔蒂(Maurizio Montalti)表示,在地球上的菌丝体目前被用于制造天花板、皮革、包装材料和建筑材料。但在太空中,它的巨大潜力引人注目。蒙塔尔蒂说:“菌丝体依赖细胞的自我复制能力,从而在短时间内创造出更多的物质。”

为了重新设计太空靴子,乔卡约洛想用人体作为部分制造材料的来源,并最终决定使用汗液。在太空探索中,利用排汗机制并不是新鲜事物,国际空间站目前将宇航员的尿液和汗液回收制造饮用水。但是用其制造鞋子,则是全新理念。乔卡约洛认为,在前往火星的长途旅行中,这可能会让宇航员感到离家更近。

菌丝体在太空中的使用超越了物质创新。在研究过程中,乔卡约洛偶然发现了一本1893年的女权主义小说,书中把火星想象成一个性别角色颠倒的星球,这就是为什么她的作品是女性靴子的原因。这部小说促使乔卡约洛设想出一个新的社会,在那里生物材料提供了一种与我们周围环境互动的新方式。就连靴子的名字卡斯基亚(Caskia)也来自小说,它是火星上唯一一个男女地位平等的地区名称。

乔卡约洛的设计仍然处于假设状态,因为为现代艺术博物馆提交的真正靴子,以及目前正在伦敦设计博物馆展出的靴子,确实使用了菌丝体,但没有使用人类汗液,因为他们的时间实在太紧迫了。不过,科学可以证实他们设想的可行性。

菌丝材料可以通过多种方式形成。如果你有固体废物(如锯屑),你要为它消毒,并加入真菌,这样它就可以开始生长蔓延。通过在温度和湿度可控的条件下孵育,白色的脉菌丝就会变得紧密,形成纤维状的固体物质。这就是美国宇航局和欧洲航天局希望将菌丝体用于火星基地的方法。

对于火星靴来说,一种特殊类型的真菌(有500多万个物种)在过滤出杂质后,会以人体汗液中稀释的营养物质为生。还有蒙塔尔蒂所谓的“湿材料”,这种材料将利用模具直接包裹宇航员的脚,并通过产生汗液来维持。在这两种方法中,真菌的生长都可以通过加热到70或80摄氏度来停止,这意味着要么在地球上使用烤箱,要么在火星或外太空将其置于高温环境中。

蒙塔尔蒂承认,这种物质可能需要额外的营养补充来促进其生长,但它植根于当前的菌丝体科学。他们为MoMA制作的靴子使用了一种特殊的稀释配方。乔卡约洛说:“对于我们的每一个文化灵感,你都可以找到支持它的科学依据。”

可以在飞船上生产的靴子,竟是用汗液和真菌做成的

图3:脉菌丝统称为菌丝体,是真菌中最大的部分

欧洲航天局也同样在推进菌丝体的研究。在与蒙塔尔蒂和乌得勒支大学合作的一个项目中,该机构正在探索真菌是否可以用于在太空中建造建筑物,比如实验室和其他设施。从地球上发射完全成形的火星设施是相当昂贵的,负载价格在每磅10000美元左右。在火星上采矿也存在问题,而且成本高昂。再加上目前一直存在的如何管理太空垃圾的问题,菌丝的分解和回收能力开始显示出优势。

研究团队在10月份取得了初步成果,蒙塔尔蒂说这让人感觉非常兴奋。欧洲航天局仍在反复检查这些结果,所以现在还没有公开相关发现。这位工程师梦想着将菌丝体与3D打印技术结合起来,甚至可以通过基因操作来获得更多的选择。

在大西洋的另一边,美国宇航局也在研究,他们的火星任务是否能在火星上建设表面结构。美国人正在考虑在地球上生产一种带有菌丝体的柔性塑料壳,然后在火星上激活真菌促使其生长。这样一来,一层薄膜可以在几天或几周内变成厚屋顶或厚墙。而且,这种建筑可以是可塑型的:当它们的原料被消耗,理想温度被降低,或者菌丝被热量杀死时,真菌就会停止生长。若需要修复,休眠的真菌就会重新活跃起来。

除了建造太空设施,菌丝体最吸引人的方面之一是,某些真菌表达黑色素的能力。黑色素是一种生物分子,可以保护人类免受宇宙辐射的伤害。蒙塔尔蒂和欧洲航天局将此属性作为项目的一部分进行了测试。

在地球上,许多项目都使用菌丝体作为结构成分。例如,卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)与瑞士联邦理工学院(ETH)合作,利用3D打印技术创建了一个可以支撑屋顶的分支结构。

可以在飞船上生产的靴子,竟是用汗液和真菌做成的

图4:靴子的大部分是由菌丝体构成的,而白色的鞋底则是独立形状的3D打印塑料

对许多人来说,菌丝体提供了循环经济的黄金范例。废物可以作为菌丝体的营养来源,产生的材料具有潜在的生物可降解性,就像木头一样。为ETH和KIT提供菌丝体的印尼公司MycoTech建筑师雅迪·努格罗奥(Adi Reza Nugroho)说:“目前我们的材料来自提取,现在我们想要实现闭环循环。”

如果美国宇航局和欧洲航天局的实验成功,少量真菌孢子就可以为火星上的人类定居点提供初期支持。从少量的孢子中,他们可以复制并找到宇航员在这颗红色星球上行走的几十种用途。如果乔卡约洛和蒙塔尔蒂的设计有效,他们设计的鞋子也会以真菌的形式“被赋予生命”。

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