研究人员开发新的3D打印过程算法来遏制珊瑚礁破坏

时间：2022-05-17 08:46 来源：中国3D打印网作者：admin 阅读：次

中国3D打印网5月17日讯，来自以色列四所顶尖大学的研究人员开发了一种新颖的 3D打印工艺，可以帮助保护全球重要的珊瑚礁。结合3D扫描、环境DNA采样和3D打印算法，该团队成功生产出独特的 3D打印陶瓷珊瑚礁，能够维持生命并促进整个珊瑚礁生态系统的再生。“珊瑚礁的迅速减少增加了探索珊瑚礁修复的跨学科方法的需求，”巴伊兰大学的博士生娜塔莉·利维说。 “检查如何保护珊瑚礁的生物多样性是一个关键问题，但也迫切需要投资于可以改善珊瑚生态系统和我们对珊瑚礁环境了解的技术。”

3D打印珊瑚礁。照片来自奥弗伯曼。
用 3D 打印替换丢失的珊瑚礁
由于全球变暖和沿海地区城市化加速等因素，世界珊瑚礁正在迅速减少，许多珊瑚礁已经灭绝。结果，这给依赖珊瑚礁生存的海洋生物带来了巨大压力，随后对我们海洋的生物多样性产生了灾难性的影响。增材制造是正在探索的众多技术之一，以帮助滋养我们的珊瑚礁恢复健康，早在 2015 年就尝试生产维持生命的 3D 打印珊瑚礁。随后的研究在整合 3D 打印珊瑚方面取得了积极成果海洋环境中的结构，证明了该技术有助于恢复天然珊瑚礁的潜力。
剑桥大学和加州大学圣地亚哥分校最近的项目已经成功地对能够生长微型藻类群落的珊瑚模拟结构进行生物打印，而来自香港大学的科学家对陶土砖的 3D 打印采取了稍微不同的方法，旨在鼓励珊瑚附着。

用于珊瑚附着的三种不同类型的 3D 打印瓷砖。图片来自香港大学。
珊瑚礁保护的新方法
以色列研究人员 3D 打印珊瑚礁的方法与以前的努力不同的是，它结合了 3D 扫描、DNA 采样和 3D 打印算法，使人造珊瑚礁能够精确地适应特定环境。“现有的人工珊瑚礁难以复制珊瑚栖息地的复杂性，也难以容纳反映自然环境的珊瑚礁物种，”利维说。 “我们引入了一种新颖的可定制 3D 界面，用于利用从珊瑚生态系统收集的真实数据来生成可扩展的结构。”
除了巴伊兰大学的团队，来自以色列理工学院、海法大学和特拉维夫大学的研究人员也为这项研究做出了贡献。该研究旨在解决拯救珊瑚礁的两个关键要素。首先，需要一种创新的、适应性强的方法来促进全球珊瑚礁的大规模恢复；其次，重建珊瑚礁在大小和设计上的自然复杂性，这将吸引当地的珊瑚、鱼类和无脊椎动物物种支持它的再生。为了展示他们新颖的 3D 打印过程，研究人员专注于以色列南部沿海城市埃拉特附近珊瑚礁的自然结构，尽管据报道他们的模型适用于世界各地的其他海洋环境。

研究人员新颖的 3D 打印方法概述。图片来自巴伊兰大学。

首先，该团队扫描了珊瑚礁的水下照片，从中可以组装出准确的数字 3D 模型。为了计算珊瑚礁的复杂形态并了解其形态如何促进珊瑚礁的物种多样性，我们拍摄了数千张图像并将其发送到实验室。然后，该团队利用分子方法收集环境遗传信息，以提供有关生活在珊瑚礁中的生物的数据。该数据与其他参数（例如核心珊瑚礁特征）结合在一起，并输入“3D 技术算法”，从而能够构建珊瑚礁的交互式参数模型。然后可以设计该模型以精确适应所需的珊瑚礁环境。

最后，该团队使用陶瓷 3D 打印工艺将数字模型转化为现实世界。用于打印珊瑚礁的独特陶瓷材料在水下是天然多孔的，据研究人员称，其设计目的是为珊瑚礁的修复提供理想的条件。“使用天然材料进行 3D 打印有助于生产高度复杂和多样化的单元，这是通常的模具生产方式无法实现的，”Technion 建筑与城市规划学院的 Ezri Tarazi 教授说。据该团队称，3D 打印算法的创建允许深入和准确地检查每个珊瑚礁的数据，以及根据特定珊瑚礁环境定制 3D 打印模型的能力。根据流程中收集的信息，数据可以不断地重新输入算法，以评估设计实施后的有效性和效率水平。
Technion 的 Ofer Berman 补充说：“3D 打印的使用允许在基于算法的现实解决方案中实现广泛的行动自由，并为大规模海洋修复的发展吸收可持续生产。”该团队目前正在埃拉特湾安装其几个 3D 打印珊瑚礁，并相信他们获得的结果将作为蓝图，帮助其将其 3D 打印过程和算法部署到世界各地的其他珊瑚礁生态系统。

(责任编辑：admin)

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