3D打印在保護(hù)海洋方面的作用

魔猴君  3D潮流   75天前

海洋的健康對(duì)于地球的福祉至關(guān)重要。然而，它們面臨著越來越多的挑戰(zhàn)：氣候變化導(dǎo)致的變暖和酸化、導(dǎo)致海洋生物窒息的塑料污染、棲息地破壞、海平面上升和不可持續(xù)的捕撈方式。所有這些問題都會(huì)削弱海洋生態(tài)系統(tǒng)，危及物種，擾亂依賴海洋健康的沿海經(jīng)濟(jì)。需要立即采取解決方案來減輕這些影響并為子孫后代保護(hù)我們的海洋資源。

其中許多問題都是人為的——例如，沿海開發(fā)和底拖網(wǎng)捕撈等活動(dòng)造成的棲息地破壞，以及過度捕撈造成的魚類種群減少。氣候變化和極地冰融化導(dǎo)致海平面上升的威脅也是沿海社區(qū)的主要擔(dān)憂。無論如何，很明顯，普遍存在的問題威脅著海洋生物多樣性并影響世界各地的沿海社區(qū)。幸運(yùn)的是，面對(duì)這些挑戰(zhàn)，3D打印等創(chuàng)新技術(shù)正在成為海洋保護(hù)斗爭(zhēng)中的有用工具。

圖片來源：BBC

3D打印提供了獨(dú)特的解決方案來應(yīng)對(duì)這些海洋可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)。與經(jīng)常產(chǎn)生大量浪費(fèi)的傳統(tǒng)制造方法不同，3D打印可以實(shí)現(xiàn)精確、個(gè)性化的生產(chǎn)。這激發(fā)了人們對(duì)使用增材制造和其他3D技術(shù)（例如3D掃描）來解決環(huán)境問題（包括海洋問題）的興趣。通過轉(zhuǎn)向增材制造，不同的團(tuán)體不僅找到了解決海洋保護(hù)問題的創(chuàng)造性方法，而且還能夠以更環(huán)保的方式做到這一點(diǎn)。

珊瑚礁恢復(fù)

珊瑚礁是地球上生物多樣性最豐富的生態(tài)系統(tǒng)之一。然而，它們?nèi)找媸艿綒夂蜃兓?、污染和物質(zhì)損害的威脅。將3D打印集成到珊瑚礁修復(fù)中是減輕這些威脅的一種有前途的方法。D-Shape和Archireef等公司是這方面的專家，他們使用3D打印來創(chuàng)建模仿天然珊瑚構(gòu)造的人工魚礁結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)為海洋生物提供了重要的棲息地，并促進(jìn)珊瑚幼蟲的生長(zhǎng)，從而促進(jìn)珊瑚礁的恢復(fù)和恢復(fù)力。增材制造可以在減輕珊瑚礁威脅方面發(fā)揮作用，自2001年以來，14%的珊瑚礁已經(jīng)消失。

照片來源：Kind Designs

事實(shí)上，創(chuàng)造新的珊瑚礁是一項(xiàng)極其重要的使命。珊瑚礁的破壞意味著整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的死亡，導(dǎo)致一些動(dòng)物的滅絕，給地球帶來長(zhǎng)期后果，包括醫(yī)療保健方面的挫折。然而，重建珊瑚礁很困難，因?yàn)樗鼈儽仨毾褡匀簧汉鹘敢粯佑形?。這就是增材制造發(fā)揮作用的地方。

增材制造提供的靈活性和幾何復(fù)雜性使得能夠創(chuàng)建比傳統(tǒng)方法更有趣和動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)。此外，由于珊瑚礁的破壞是一個(gè)環(huán)境問題，許多人都被3D打印所吸引，它可以用赤土等天然材料來創(chuàng)建珊瑚礁，同時(shí)減少浪費(fèi)。這些是該領(lǐng)域采用3D打印的主要原因。

通過增材制造恢復(fù)珊瑚礁還可以用于其他目的。例如，總部位于邁阿密的科技公司Kind Designs已轉(zhuǎn)向使用3D打印來修復(fù)珊瑚礁。然而，它的與眾不同之處在于，它以創(chuàng)新的方式應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)來同時(shí)應(yīng)對(duì)多種環(huán)境挑戰(zhàn)。

意識(shí)到海岸侵蝕和海洋生物多樣性下降帶來的雙重威脅，Kind Designs開發(fā)了一種革命性的解決方案：3D打印活海堤。與經(jīng)常加劇環(huán)境退化的傳統(tǒng)混凝土海堤不同，Kind Designs的活海堤提供了抵御海平面上升的強(qiáng)大屏障，同時(shí)充當(dāng)動(dòng)態(tài)海洋生態(tài)系統(tǒng)，類似于珊瑚礁。這些海堤旨在模仿紅樹林根等自然海洋棲息地，為各種水生物種提供庇護(hù)和繁殖地，有助于增強(qiáng)生態(tài)恢復(fù)力。

Kind Designs設(shè)計(jì)的活堤（圖片來源：Kind Designs）

Kind Designs創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Anya Freeman補(bǔ)充道：“這些墻在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)海堤相同：相同的PSI、相同的加固和相同的安裝方法。然而，由于仿生學(xué)的材料成分和設(shè)計(jì)原理，這些墻也可以充當(dāng)海洋棲息地。它們具有大型洞穴，可以保護(hù)海洋生物免受捕食者的侵害，其粗糙度和紋理非常適合小生物附著和生長(zhǎng)，即使在極端天氣情況下也是如此。

這些堤壩的另一個(gè)特點(diǎn)是它們由不含金屬或氯化物的專有材料混合物建造而成。它確保有害化學(xué)物質(zhì)不會(huì)滲入海洋，這與傳統(tǒng)的海堤形成鮮明對(duì)比，傳統(tǒng)的海堤會(huì)隨著時(shí)間的推移而退化，造成環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)并導(dǎo)致棲息地喪失。“我們的材料已成功用于人工魚礁項(xiàng)目，甚至飲用水水庫。盡管我們剛剛開始安裝它們，但我們擁有該材料多年來在其他海洋和環(huán)境應(yīng)用中使用的歷史數(shù)據(jù)，”Anya Freeman解釋道。

3D打印并不是唯一可用于保護(hù)珊瑚的技術(shù)：3D掃描可提供有關(guān)水下生態(tài)系統(tǒng)的詳細(xì)信息，進(jìn)一步加強(qiáng)海洋保護(hù)工作。例如，Artec 3D的Spider 3D掃描儀正在徹底改變科學(xué)家研究珊瑚礁的方式。通過創(chuàng)建精確的珊瑚結(jié)構(gòu)3D模型，研究人員可以以前所未有的精度跟蹤不斷變化的生長(zhǎng)模式、形態(tài)和總體健康狀況。

Spider 3D掃描儀（照片來源：Artec 3D）

“憑借藍(lán)光技術(shù)，高分辨率Artec Spider可保證最佳的掃描質(zhì)量。它非常適合以堅(jiān)定的精度和鮮艷的色彩捕捉小物體或復(fù)雜的細(xì)節(jié)?！盇rtec 3D創(chuàng)始人兼首席體驗(yàn)官Sergey Sukhovey說道。這種能力對(duì)于量化溫度變化和污染等環(huán)境壓力因素對(duì)珊瑚恢復(fù)能力的影響非常寶貴。

正如Sergey Sukhovey在討論牙簽和針方法等方法時(shí)所強(qiáng)調(diào)的那樣，Spider的非侵入性掃描方法最大限度地減少了對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的破壞。這種方法允許掃描整個(gè)珊瑚而無需重新定位它們，這進(jìn)一步保護(hù)了它們脆弱的結(jié)構(gòu)。最終，它使研究人員能夠通過測(cè)量珊瑚尺寸來量化隨時(shí)間的變化，從而為珊瑚礁的可持續(xù)管理和保護(hù)提供重要信息。

他補(bǔ)充道：“吉森大學(xué)的3D掃描儀能夠促進(jìn)這項(xiàng)研究對(duì)于海洋可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要，因?yàn)樵跉夂蜃兓?、過度捕撈和污染等無情的環(huán)境壓力下，地球上超過50%的珊瑚礁已經(jīng)消失。在20世紀(jì)50年代留下的人中，高達(dá)90%可能無法在接下來的100年中生存。如果所有的珊瑚都死了，魚也會(huì)死?！?/span>

海洋垃圾的清除和回收

除了對(duì)珊瑚礁的破壞之外，海洋中無處不在的塑料垃圾對(duì)海洋生物和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了另一個(gè)重大威脅。每年有超過1600萬噸塑料和其他海洋垃圾進(jìn)入海洋生態(tài)系統(tǒng)，保護(hù)海洋的需求變得前所未有的緊迫。

幸運(yùn)的是，像Fishy Filaments這樣的初創(chuàng)公司正在解決這個(gè)問題，將廢棄的漁網(wǎng)變成高質(zhì)量的尼龍絲。漁網(wǎng)通常由尼龍單絲制成，對(duì)世界漁具做出了重大貢獻(xiàn)，但由于其持久性和影響而造成環(huán)境問題。

照片來源：奧利弗·雷德利項(xiàng)目

Fishy Filaments創(chuàng)始人Ian Falconer解釋道：“我們并不是真正的3D打印公司。我們是一家回收基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)商，擁有一套能夠在超本地規(guī)模上運(yùn)營并生產(chǎn)特定材料的技術(shù)。這種規(guī)模非常適合3D打印，而尼龍6材料很早就成為3D打印世界的一部分。?

Fishy Filaments通過使港口一級(jí)的回收經(jīng)濟(jì)可行來提供基本服務(wù)。目標(biāo)是“使?jié)O具的良好管理有利可圖”，使當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)從回收工作中受益。其再生尼龍材料OrCA旨在打破中小型制造技術(shù)的界限。通過這樣做，他們減少了塑料廢物對(duì)環(huán)境的影響，并支持傳統(tǒng)和增材制造行業(yè)的可持續(xù)實(shí)踐。

Fishy Filaments的OrCA細(xì)絲（照片來源：Fishy Filaments）

Ian Falconer繼續(xù)說道：“我們將提供所謂的縮放技術(shù)。我們的目標(biāo)是取代單一、集中、碳效率低的塑料回收工廠，這些工廠每年只能回收全球使用的尼龍單絲網(wǎng)的15-20%。通過將經(jīng)濟(jì)平衡轉(zhuǎn)向漁業(yè)社區(qū)，目標(biāo)是確保凈回收在港口層面有利可圖。通過對(duì)良好的漁具管理收費(fèi)，健康的社區(qū)有能力擁有和管理這些基礎(chǔ)設(shè)施，以謀求自身利益。?

這種方法不僅有助于應(yīng)對(duì)廢棄、丟棄或丟失的漁具對(duì)環(huán)境的影響，而且還能提高沿海社區(qū)的經(jīng)濟(jì)復(fù)原力。該公司根據(jù)大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和政府機(jī)構(gòu)的利益與大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和政府機(jī)構(gòu)廣泛合作，推進(jìn)海洋保護(hù)和回收技術(shù)。這些伙伴關(guān)系有助于政策討論和創(chuàng)新，促進(jìn)漁業(yè)及其他領(lǐng)域的可持續(xù)實(shí)踐。

照片來源：魚絲

未來，Fishy Filaments打算通過擴(kuò)大其回收技術(shù)和產(chǎn)品范圍來增強(qiáng)其影響力?！拔覀兊氖姑峭ㄟ^資源節(jié)約型制造減少全球碳排放。作為一種不斷發(fā)展的制造技術(shù)，增材制造是一個(gè)關(guān)鍵的客戶群，它具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以相對(duì)輕松地從一種材料過渡到另一種材料。我們需要理解并幫助技術(shù)用戶在設(shè)計(jì)層面做出有利于環(huán)境的選擇。如果我們不這樣做，我們將被迫提供維多利亞時(shí)代的高廢物大規(guī)模生產(chǎn)和劣質(zhì)成品處理模式。一般來說，作為一家公司，我們希望為海洋提供可用且可見的積極選擇。?

使用3D打印實(shí)現(xiàn)可持續(xù)海鮮創(chuàng)新

珊瑚修復(fù)和回收并不是3D打印對(duì)海洋保護(hù)的唯一好處。它還被用來解決海洋面臨的最大問題之一：過度捕撈。

眾所周知，全球?qū)ｕr的需求繼續(xù)給海洋資源帶來壓力，促使人們尋找替代蛋白質(zhì)來源并采用可持續(xù)的飲食習(xí)慣。世界銀行報(bào)告稱，超過90%的魚類資源被過度捕撈，近幾十年來，消費(fèi)量的增加導(dǎo)致需求量最大的魚類數(shù)量下降到50%以下。3D打印技術(shù)能夠生產(chǎn)復(fù)制傳統(tǒng)海鮮的質(zhì)地和營養(yǎng)成分的植物性海鮮替代品，從而促進(jìn)該領(lǐng)域的創(chuàng)新。

Revo Foods魚片（照片來源：Revo Foods）

Revo Foods等公司正在利用3D打印推進(jìn)植物性魚片和海鮮替代品的開發(fā)。這些產(chǎn)品使用植物蛋白和天然香料等成分，為消費(fèi)者提供傳統(tǒng)海鮮消費(fèi)的可持續(xù)且合乎道德的替代品，為海洋保護(hù)工作做出貢獻(xiàn)。3D打印技術(shù)的可擴(kuò)展性使得這些產(chǎn)品能夠大規(guī)模生產(chǎn)，減少對(duì)魚類種群的依賴，并緩解對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的壓力。該公司表示：“我們的使命是通過開發(fā)現(xiàn)代食品加工技術(shù)，使食品生產(chǎn)更加靈活和可持續(xù)?！?/span>

Revo Foods的旗艦產(chǎn)品之一是菲力植物替代品，主要由真菌蛋白制成。這種被稱為“發(fā)酵超級(jí)食品”的創(chuàng)新成分具有完整的氨基酸特征，使其成為可持續(xù)且營養(yǎng)豐富的蛋白質(zhì)來源。這種替代品有望提供一種可持續(xù)的蛋白質(zhì)，可以模仿魚片的質(zhì)地和味道，而不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。Revo Foods首席執(zhí)行官Robin Simsa強(qiáng)調(diào)了這種替代品的優(yōu)點(diǎn)，并解釋說：“真菌蛋白的倍增時(shí)間僅為5小時(shí)，因此它確實(shí)是可持續(xù)食品供應(yīng)的超級(jí)蛋白質(zhì)?！?/span>

Revo Foods的各種3D打印魚類食譜，包括鮭魚、金槍魚及其菲力牛排食譜。（照片來源：Revo Foods）

此外，Robin Simsa還強(qiáng)調(diào)了3D食品結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)于創(chuàng)建具有新功能的復(fù)雜、更高水平的產(chǎn)品而言，他表示：3D食品結(jié)構(gòu)為具有新功能的復(fù)雜、更高水平的產(chǎn)品帶來了重大優(yōu)勢(shì)。例如，通過以我們選擇的形狀或結(jié)構(gòu)組合兩種不同的成分，我們可以創(chuàng)造出消費(fèi)者以前從未嘗過的全新口感和纖維質(zhì)地。這確實(shí)令人興奮，因?yàn)橹挥懈玫漠a(chǎn)品，我們才能說服消費(fèi)者給這些產(chǎn)品一個(gè)機(jī)會(huì)?！边@種能力使他們能夠創(chuàng)造出質(zhì)地和味道與傳統(tǒng)魚類接近的植物性海鮮產(chǎn)品，鼓勵(lì)消費(fèi)者采用可持續(xù)的食品選擇。

Revo Foods計(jì)劃在幾個(gè)月內(nèi)通過其首個(gè)生產(chǎn)設(shè)施展示其技術(shù)的可擴(kuò)展性，該生產(chǎn)設(shè)施預(yù)計(jì)將于2024年8月投入運(yùn)營。該公司正準(zhǔn)備很快在市場(chǎng)上推出其先進(jìn)產(chǎn)品新Filet 2.0。時(shí)間稍后。此外，他們并不是該領(lǐng)域唯一展示增材制造巨大潛力的公司，可以通過為客戶提供替代方案來幫助解決過度捕撈相關(guān)問題。

海洋保護(hù)的未來：3D打印與協(xié)作

展望未來，3D打印等新興技術(shù)的整合，加上各領(lǐng)域加強(qiáng)的合作伙伴關(guān)系，將為推進(jìn)海洋可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)帶來巨大希望。Kind Designs、Artec、Fishy Filaments和Revo Foods（以及其他許多公司）等公司的努力證明了3D打印在解決各種環(huán)境挑戰(zhàn)方面的潛力，包括棲息地恢復(fù)和用于可持續(xù)食品生產(chǎn)的廢物回收塑料。這些技術(shù)不僅提供了直接的解決方案，還為海洋保護(hù)的長(zhǎng)期戰(zhàn)略鋪平了道路。

通過繼續(xù)開發(fā)和實(shí)施這些尖端解決方案，3D打印可以在保護(hù)和恢復(fù)海洋方面取得重大進(jìn)展，確保海洋生態(tài)系統(tǒng)和依賴海洋生態(tài)系統(tǒng)的社區(qū)擁有更健康、更有彈性的未來。隨著協(xié)作和技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展，可持續(xù)和有效的海洋管理的潛力變得越來越容易。

編譯整理：3dnatives