月球靴與生物材料:火星探索可能引發的人類設計革命

靴子的外層由菌絲體製成,裏層是以菌絲體為基底的棉麻復合材料。 Image copyright George Ellsworth, Caskia/Growing a MarsBoot
Image caption 靴子的外層由菌絲體製成,裏層是以菌絲體為基底的棉麻復合材料。

2016年,設計師喬卡吉洛(Liz Ciokajlo)收到紐約現代藝術博物館(Moma)的委托:重新設計受到阿波羅宇航員太空鞋啟發的蓬鬆雪地鞋——月球靴(Moon Boot)。

月球靴於1972年登月行動的巔峰時期推出,是20世紀「塑料時代」的標誌,而博物館館長也希望對此做一些新嘗試。

喬卡吉洛開始重新構思。她知道,只有一種生物材料可以在後塑料時代起作用,但也想要一個新的目的地為設計帶來靈感。她想到,我們這一代人對太空之旅的嚮往已不是月球,而是紅色星球火星。火星能讓你真正擺脫條條框框的束縛,自由思考。

喬卡吉洛說:「火星一直是一個你可以做夢的地方。在那裏你可以重新構思如何在地球上生活。」

這次的委托讓她認識了一種神奇的生物材料。這種材料已經引起了多方注意,包括從事建築材料創新的工程師以及美國國家航空航天局(NASA)、歐洲航天局(ESA)這樣的頂級航天機構。她的最終設計是一雙外觀粗糙的高桶女士長靴,可以在太空船上製作,原料幾乎只需人類的汗液和一些真菌孢子,很適合隨身攜帶物品非常受限的七個月火星之旅。

這種神奇的生物材料就是菌絲體,是真菌的生長部分。如果你把蘑菇想作是真菌的「果實」,那麼菌絲體可以看作是真菌的根或莖。菌絲體看起來就像一團白線,每一條白線就是菌絲,它在真菌生存的土壤和其它物質上穿橫交錯。這些線形物質整體被稱為菌絲體,是真菌的最大組成部分。

菌絲體有著驚人的特性。它從基質(如木屑或農業廢料)中吸收養分,長出更多菌絲,有著出色的回收功能。而且在合適的條件下,菌絲體有幾乎無限增長的潛力。它可以比傳統水泥承受更大的壓力而不會斷裂,是一種已知的絶緣體和阻燃劑,甚至可以為太空任務提供防輻射保護。

和喬卡吉洛合作的藝術家兼工程師蒙塔爾提(Maurizio Montalti)表示,在地球上,菌絲體目前用於製造天花板、皮革、包裝材料和建築材料。但在外太空,它的建築製造潛力更為突出。

蒙塔爾提說:「人類可以依賴真菌細胞的自我複製能力,在短時間內製造更多的材料。」

喬卡吉洛重新設計這雙靴子時,希望部分製作材料來自人體,並最終決定使用汗液。在太空探索中重覆利用汗液並不完全是創新之舉(國際空間站目前就在回收宇航員的尿液和汗液,經處理後作為飲用水),但用於鞋履則非常新穎。她認為,這樣做可能會讓宇航員在長途火星之旅中感覺離家並不遠。

菌絲體的太空歷險並不限於材料上的創新。喬卡吉洛為此次委托作研究時,發現了一本1893年女權主義小說。小說中的火星是一個性別角色倒轉的星球,這也是為什麼喬卡吉洛的作品是女靴。這本小說促使她想像了一個新的社會,人們借助生物材料與環境互動,是一種全新互動的方法。即便是這雙靴子的名字卡斯奇亞(Caskia)也源自這本小說:卡斯奇亞是這個星球上唯一一個男女地位平等的地區。

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Image caption 喬卡吉洛說:「火星一直是一個你可以做夢的地方。在那裏你可以重新構思如何在地球上生活。」(圖為火星表面資料照片)

該設計仍然處在假設階段。由於截止日期時間緊張,交付給現代藝術博物館的靴子只使用了菌絲體,實際並沒有使用人類汗液,但這項技術是切實可行的。這雙靴子目前在倫敦設計博物館(London Design Museum)展出。

菌絲體材料可以通過多種方式獲得。如果你有固體廢料(比如鋸木屑),可以消毒後添加真菌,讓其生長。在控制溫度和濕度的環境下,真菌生出的白色脈絡狀菌絲將緊密生長,成為纖維狀固體材料。美國航空航天局和歐洲航天局正是希望利用這種方法將菌絲體用於其火星基地。

地球上有500多萬種真菌,對於這雙名為卡斯奇亞的靴子而言,其中一種特殊的真菌可以吸收人體汗液在過濾雜質後剩下的營養物質。這種蒙塔爾提所稱的"潮濕材料"可直接用包裹宇航員腳部的模具塑型,並依靠汗液不斷獲取養分。

可以使用兩種方法經加熱至70或80度而終止真菌的生長,一種是使用地球上的烤箱,一種是將真菌暴露在火星或者外太空的極高溫度下。

蒙塔爾提承認,菌絲基底可能需要額外的營養補充以促進其生長,但它的原理還是植根於目前的菌絲科學。他們為現代藝術博物館製作的靴子用了特殊的稀釋配方。

喬卡吉洛說:「我們的每一個文化靈感都能找到支持這一觀點的科學家。」

歐洲航天局也在不斷挖掘菌絲體的發展潛能。歐洲航天局在與蒙塔爾提和和烏得勒支大學(University of Utrecht)聯合開展的項目中,正在探索是否可在太空用真菌打造建築,例如太空中的實驗室和其它設施

從地球發射完全建好的火星用設施非常昂貴,荷載價格可達每磅1萬美元(7700英鎊)。在火星進行開採工作也價格昂貴,並會面臨重重困難,此外還要面對一直存在的如何處理太空垃圾的問題。菌絲體能夠對物質進行分解回收,看起來是個尤為可行的解決方案。

團隊在10月取得了一定成果,而蒙塔爾提表示這些成果振奮人心(歐洲航天局正在核實這些成果,因此暫未公布)。這些工程師們夢想將菌絲體和3D打印甚至是基因操控相結合,以獲得更多的選擇。

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Image caption 雖然靴子的絶大部分用菌絲體製成,白色的鞋底部分是3D打印單獨成型的塑料。

在大西洋的另一邊,美國國家航空航天局也在檢驗是否可以在火星上種出建築的表層結構。美國人正在考慮在地球上做好一個植有菌絲體的彈性塑料外殼,等待登陸火星後激活真菌生長。用這種方法,一層薄薄的菌絲可以在幾天或幾周內變成厚實的屋頂或牆體。菌絲製成的建築還可能具有可塑性:真菌所需的養分耗盡、溫度不適宜或菌絲體在高溫下被殺死,真菌就會停止生長。然而如果需要進行修復工作,可以重新激活處於休眠狀態的真菌,使其進入生長狀態。

在太空建築領域,菌絲體最吸引人的特質在於可以生成黑色素,進而保護人類免受宇宙射線的輻射。蒙塔爾提和歐洲航天局在他們的研究項目中測試了真菌這一特性。

在地球上,已有許多項目使用菌絲體製造建築的組成部分。例如:卡爾斯魯厄理工學院(Karlsruhe Institute of Technology)和蘇黎世聯邦理工學院(Swiss Federal Institute of Technology)曾合作使用3D打印製造可以支撐屋頂的樹枝狀結構

對許多人而言,菌絲體為循環使用經濟提供了一個絶佳範本。廢料可用作菌絲體的養料來源,而且制出的材料也具生物分解可能性,就像木材一樣。

為蘇黎世聯邦理工學院和卡爾斯魯厄理工學院提供菌絲體的印尼公司邁克科技(MycoTech)的建築師瑞加(Adi Reza)表示:「目前我們的菌絲體是通過提取獲得。現在我們希望形成一個封閉的可循環使用的技術。」

如果美國國家航空航天局和歐洲航天局的實驗成功,那麼少量的真菌孢子就可以為在火星上創造適宜生存的自然環境提供一個起點。只需要少量孢子,真菌就可以複製生長,並為在紅色星球上行走的宇航員提供數十種用武之地。

而且,如果喬卡吉洛和蒙塔爾提能按照自己的方法推進,穿鞋的人也願意提供一點自己的汗液,那麼即便是腳上的鞋子也可以以真菌的形式開啟自己的一生。

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