可自我複製的3D印表機：能在月球上「自產自組裝」

6月8日消息，據生活科學網報道，加拿大卡爾頓大學的研究團隊研發出一種3D印表機，它可利用月球上發現的材料進行自我複製。 項目領導者、卡爾頓大學機械與航天工程系副教授亞力克斯·埃勒里（Alex Ellery）表示，這種技術將來可幫助人類3D列印月球基地，也可在月球上製造衛星和太陽護盾，以幫助對抗全球變暖。

埃勒里說：「我相信，這種可自我複製的機器將徹底改變太空探索行業，因為它可有效地繞過昂貴的發射成本。」

圖：渥太華卡爾頓大學工程團隊創造的3D列印發動機，這個團隊嘗試利用在月球上發現的材料製造可自我複製的3D印表機

工程師們設想，最初只需向月球上發射1台3D印表機，它可以利用月球上的現成材料，大量複製自己。當月球上的3D印表機數量足夠多時，這個自我複製工廠的重點就會變成製造其他設備和基礎設施，以便滿足人類探索太空的需求。埃勒里說，他與同事們利用與月球上類似資源中提取的材料，已經接近完成3D列印全功能電動發動機的嘗試。

埃勒里表示，雖然目前市場上有些3D印表機已經可以列印部分自我組裝所需的零部件，但還沒有任何印表機能夠自主列印發動機和電子產品。他說：「我們最初以RepRap 3D印表機為模本，它可以列印許多自己所需的塑料部件。」這種印表機是一種開源設備，最初由英國巴斯大學的科學家開發。但是為了實現完全自我複製，它還需要列印金屬棒、電動馬達以及其他電子元件與軟體，最後進行自我組裝。

埃勒里及其團隊正利用塑料和鐵屑混合材料列印發動機的2個部件、定子以及轉子，而需要製造混合材料的類似元素可從月球風化層（即月壤）中提取。

圖：早期嘗試利用3D列印技術在硅塑料基板上列印鋁合金線，卡爾頓大學正開發這種3D印表機原型

月球3D印表機配有機械臂，可以鏟起月壤，並利用所謂的菲涅耳透鏡聚集陽光將其加熱到900攝氏度高溫。這個過程首先可從月壤中清除揮發性氣體，隨後可將鈦鐵礦分離出來，以便用於提取鐵。埃勒里解釋說：「雖然我們使用聚乳酸塑料列印零部件，但我設想利用硅塑料取代它，後者可利用月球上的揮發性碳化合物以及月球水製造。」

至於通過3D方式列印發動機的下一步，研究人員的目標是將鋁卷列印到聚乳酸塑料基板上以取代發電機的線圈，因為後者可使用常規材料列印。在月球上，鋁可以取代鐵鎳鈷合金，而塑料可被陶瓷基板取代，後者可通過融化月壤獲得。

埃勒里說：「通過將鋁卷列印到塑料基板上產生的磁場實際上非常弱，為此我們還需要找到其他方法，以便增加更多層次，進而增加通過它們的電流量。但是最終，我們要做的是將它們整合到發動機中，以便利用3D列印技術製造出完整的核心。」

埃勒里相信，他可以在幾個月內製造出3D列印的全功能發動機。完全自我複製機器的另一個先決條件——電子元件，可能需要更長時間來解決。他說：「我們正研究真空管，因為在月球上建造固態電子元件幾乎是不可能的。如果你使用真空管，唯一需要的材料就是鎳、鎢以及玻璃，它們都可以在月球上提取。」

埃勒里表示，自我複製機器可能使用神經網路（即模仿人類大腦的計算機系統模型），因為與傳統計算機系統相比，它體型更小，使用3D列印更容易。卡爾頓大學研發團隊已經開發出試驗性神經網路，並利用其控制小型登陸車。埃勒里稱：「當發動機和電子控制器被列印出來后，我們就可以列印任何機器人，包括3D印表機本身，還有銑床、鑽頭、車床以及挖掘機等。如果你擁有可自我複製的機器，你就可以在月球表面建造起巨大的生產設施。」

這樣的機器可以幫助建立月球基地，以迎接進入太空的宇航員。它還可以用來建造便宜的空基太陽能發電站，配備有太陽能電池板的衛星可以將陽光轉化為能源，然後將其發送給地球。人類也可以建造太空盾保護地球，使其免受太陽輻射影響，這可能幫助對抗全球變暖。