机器人建造火星住所的做法为地球上可持续的建筑提供借鉴作用

根据国际能源署和联合国环境署2018年的一份报告，全球建筑业二氧化碳排放量占与能源有关的二氧化碳排放量的39%。这是一个巨大的，令人恐惧的数字，但也是一个缓解气候变化的重要机会。 2015年巴黎气候对话显示，通过使用现有技术，建筑业可以减少全球碳排放量的三分之一。

这样的减排需要我们为建筑业发现一种新的发展方式，或用纽约AI SpaceFactory 事务所首席执行官及首席建筑师 David Malott的话说：“一种高科技的倒退方式。”

作为位于波士顿的欧特克技术中心驻地计划的成员，AI SpaceFactory正在寻求一条对地球更有益、更温和的建筑实践新途径。不过，该公司关于未来建筑的愿景始于机器人为另一个星球 — 火星 — 建造的住所。

Marsha, Marsha, Marsha

AI SpaceFactory因赢得了著名的NASA “3D打印住所挑战赛”而上了头条新闻，为期一周的挑战赛是围绕着机器人建造火星住所展开的。AI SpaceFactory的项目名称为Marsha，由机器人自动使用增材制造和一些临时调节的软件完成，并在最后30个小时的冲刺中击败了宾夕法尼亚州立大学。

Marsha项目遵循了自主和超本地化的原则。无论行星着陆器降落在什么地点，住所依据就地取材的方法从附近获得建筑原料，在宇航员抵达之前预先搭建住所。因为建筑工程师远在3400万英里以外，这个距离甚至连一颗螺丝都无法拧上去，所以这一项目必须由机器人完全自主完成。

为火星建造住所是激动人心的第一步，但下一步却要朝着地球的方向进军。 AI SpaceFactory的地面3D打印住所被称为Tera，也是自主建造，但力求不使用目前破坏环境的建造方法。

“混凝土和钢材是非常不可持续的建筑材料，”Malott说。“它们需要大量的能源来生产，而且混凝土是不可回收的。”

就地取材

建造Tera的原意还在于证明这种建造方法究竟能够做到何种程度的更清洁、更快捷及更便宜。Malott指出，高耗能材料在全球范围内生产和运输，这实际上掩盖了真实而且更高的环境代价。

“在20世纪之前，建筑材料是就近采购的，”他说。“在火星上建造的整个前提就是要回到就地取材。这既是高科技，但同时也是石器时代的老技术。我们使用在现场附近获得的材料。如果我们能在地球上做到这一点：去一个地方，带上数量有限的设备，然后用那里找到的灰土进行建造，再没有比这更具有可持续性的方法了。”

这里设想的在火星建造住所的实例对就地取材是很好的训练，因为运输设备和材料是该项目中最大的障碍。Malott引用了最近的一项研究，每公斤物质从地球到太空的花费是120万美元。他说：“按这个价格，要把一座房子送上月球，花费将超过30亿美元。”

Tera使用的不是通常用作从结构粘结剂到防水材料的塑料聚合物，而是从周围环境中收集的有机材料来制造生物聚合物，从而在源头上创造出最终产品。因此，生物聚合物替代品是通过对本地找到的玉米、甘蔗或甜菜中的植物糖进行发酵，来制成建筑砌块的，而不是使用附带有隐蔽的化学污染和产生废水的石化产品。

足够坚实

Marsha的设计考虑了火星的极端条件，因此建造得极为坚固，能够经受住冰冻的温度和几乎完全是二氧化碳的环境。Tera则不必那么坚实。Malott说，Marsha使用的聚合物的玄武岩纤维必须具有高性能，但是在地球上应用这一标准是大器小用。如果在短期内使用更多与地球相关的材料，例如碎石或玻璃纤维，该项目可望实现自己的商业潜力。

但目前而言，Marsha 和 Tera的科学依据是合理的；在测试中，它们的材料证明比混凝土更坚固。“风和地震载荷是一个比较棘手的问题，”Malott说：“相对于向下的压力，它在水平方向较弱，因此我们必须制定方法来加强这一点。一旦我们这样做，理论上就没有限制了。在地球上，我们可以建造一根较粗的混凝土柱子或用一块较厚的钢板来加固。”

Tera团队在完成项目的物理之后，几乎可以把它建造成任何样式的建筑，包括多层建筑物。如果结合增材制造，那么像起重机、无人机和适当高度的3D打印这样的定制机械的制造实际上具有无限的可能。

相信“混凝土是老大”的业界人士要警醒了

Marsha和Tera 的建造90%以上由自主方法完成，从而将人工成本降低至总项目的约15%，相当于传统建筑中30%人工成本的一半。Malott估计需要两年的时间来制定一个可靠的业务方案来推广Tera，在此期间公司将完成必要的测试，获得行业认证及等待3D打印建筑代码的制定。到那个时候，可持续性奖励可能会具有广泛的吸引力，并激发其他企业改变他们的做法。

Malott说，在一个众所周知的屋顶下创建Tera使AI SpaceFactory的流程更具可持续性。“我们的独特之处在于，有关设计和3D打印技术方面的工作都是我们做的。通常在建筑项目中，这两个方面的合作并不采用这种方式，而是需要设计师与3D打印伙伴的合作才能完成的。

“在我们谈论这样一个新兴产业时，一家公司采用的方法可以改变人们对这个行业的潜能的看法，”Malott又说。“通过Tera，我们正在努力使人们注意这一问题的根源。电动汽车制造商做得很好，他们解释了汽油车为什么不好。我们需要开始传播类似的有关建筑物的信息。”

那么，AI SpaceFactory什么时候才能够知道人们已经注意到了这个信息？Malott有一个独特的基准：当它开始使“混凝土是老大”的相信者变得急促不安时。

“衡量我们是否成功的标准是混凝土行业努力让人们对我们所做的事情表示怀疑的时候，”他说。“那个时候我们就引起了他们的注意，并且使他们紧张起来。”