2017年，就在他去世前几个月，理论物理学家斯蒂芬霍金说，人类只有大约100年的时间逃离地球。尽管我们已经看到这些迹象提醒我们这个星球上的生命正在生病，塑料征服了海洋，成千上万的动物物种灭绝，影响每个大陆的水资源短缺，向完全可持续的生活方式转变，这可能会恢复我们家园虚弱的状态，但这种转变并没有发生。因此，许多人实际上正在关注并听取霍金斯的建议，试图寻找其他“天体”来征服。2013年，Mars One首次宣布他们正在寻找志愿者前往红色星球，其中有来自140个国家的20多万人申请单程票，以便在2023年之前加入火星上的人类住区。数百万美元之后，火星一号破产，向我们展示了为火星开发技术的挑战性。令人高兴的是，他们不是唯一的，四年前，美国国家航空航天局（NASA）计划在2030年之前将人类置于火星表面，而世界著名的投资者埃隆马斯克已经有了殖民火星的时间表。这场竞赛正在进行，以开发技术、航天飞机和药物，将带着第一批定居者。一个关键的挑战当然是住房，这就是为什么美国宇航局主办了“3D打印栖息地挑战”的原因，这是一个由四部分组成的大型活动，始于2015年，并在公民发明家之间创建了一个竞赛，用现成和可回收的材料来打印对火星殖民有用的栖息地。此外，这些科学和技术上的发现也可以用来改善地球上的生活。在最后阶段，宾夕法尼亚州立大学公园的亚军团队获得了20万美元的奖金。艺术与建筑学院、工程学院、农业科学学院和材料研究所的跨学科学生和教师团队在过去几年中为这一挑战付出了艰辛的努力，在这一过程中，他们设计了一个突破，推动了3D打印结构研究和推进。该团队更接近于在地球上创造可持续住房的目标。

四阶段竞赛要求参赛者开发先进的3D打印技术，包括打印机的机械元件和使用本土材料的水泥混合物，以产生结构完好的栖息地，可由美国宇航局太空探险家在火星上进行3D打印。在最后阶段，即5月的第一周，经过30个小时的3D打印，近200名观众聚集在皮奥里亚的卡特彼勒爱德华兹示范和学习中心，两支队伍并肩竞争，PennStateDen @Mars（ 只有竞争中的大学团队和AI SpaceFactory，最终打印出每个团队的结构。虽然宾夕法尼亚州立大学队没有赢得比赛的第三阶段，但他们回到了大学公园，开发了3D打印的家庭建筑技术，这可能会影响建筑或帮助重建遭受自然灾害破坏的地区。

宾夕法尼亚州立大学队在美国航空航天局挑战赛的第三阶段

“以前从未做过打印封闭式屋顶，”宾夕法尼亚州立大学团队负责人兼Stuckeman设计计算中心主任JoséDuarte说，“这是一种惊人的感觉，成功真正强调了团队的协作性。我们有很大的梦想，因为每个人都参与其中，他们成了现实。通过这项研究，我们确实感受到了社会责任感。我们正在处理一个与我们截然不同的环境”

美国宇航局的遭遇产生了许多实验、挑战和创新成果，帮助3D技术进入未知领域，火星或人类打算将来居住的任何其他星球将是一项艰巨的任务。火星是一个多岩石的行星，有火山、峡谷、有限的水和极薄的二氧化碳、氮气和氩气。它在某些方面类似于地球，但你可能需要在环绕地形之前适应，更不用说尝试建造自己的房屋了。根据美国宇航局的说法，这是一个艰难的居住地，但是由于通过这些比赛获得的知识和理解，我们可能会更接近在现场进行实时打印实验。

建筑学副教授兼团队领导Shadi Nazarian也认为，对于许多人来说，这项技术可能会改变生活：

“想象一下被龙卷风摧毁的地区；这种技术可以发送到该地区，并且可以立即为那些失去一切的人打印避难所。这种想法推动了我们的研究，并且通过我们的最新成就感觉更加可行。我们和我们的竞争对手开发的材料和技术的应用很多，包括使用对环境更温和的材料进行建筑的直接可能性，使用本地和可回收材料，并承受地球及其他地方的恶劣条件。”

由Duarte和Nazarian领导的宾夕法尼亚州立大学队最初被选中参加77支队伍的初始参赛队。PennStateDen @Mars是有资格参加百年挑战赛的五支球队之一。在比赛的两个阶段，参与者必须在不超过四天的时间内对3D打印结构栖息地进行3D打印，然后使用卡特彼勒最具压倒性的建筑机器进行现场评估和粉碎测试。在活动期间，团队面临着创建机器人以建立栖息地的挑战。该团队非常成功，在第二阶段排名第二，在第三阶段的建设第一和第二阶段排名第二和第三，获得近30万美元的奖金。

宾夕法尼亚州立大学队在美国航空航天局挑战赛的第二阶段

PennStateDen @Mars参加比赛是基于之前的研究，旨在开发功能分级的材料，并验证设计和建造无缝建筑的可能性，这可能对建筑语言和建筑过程产生重大影响。他们使用由火星上可以找到的材料制成的特殊配方混凝土，进一步开发了3D打印生境的增材制造技术。但宾夕法尼亚州立大学被选中参与这一挑战也与他们在3D打印方面的经验和创新有很大关系。他们在校园里有很多3D打印实验室，比如Maker Commons，它包含32台桌面3D打印机和发明工作室的大规模打印装置；大学研究人员用木质复合材料研究4D打印用于建筑应用，而宾夕法尼亚州立大学创业公司Trimatis LLC希望通过再生丝材帮助这个星球，该大学还创建了VenturePointe，一个新的创业孵化器，配备了3D打印机，用于宾夕法尼亚州城市校园。Nazarian和Duarte过去一直在研究材料和3D打印，从而开发出创新和分级的材料界面，这将使玻璃和地聚合物混凝土之间的无缝遮蔽物和不透水连接物的设计，以保护个人和栖息地内的气候。

“火星竞赛让我们有机会以我们没有考虑到的方式扩展我们对3D打印的理解，”Nazarian说，“结果是突破，可以从根本上改变混凝土结构。例如，3D打印不需要模板，这会消耗该行业的大部分成本和劳动力。我对这项研究如何帮助推进建立可持续住房选择所需的建筑技术感到兴奋。”

团队成员致力于开发新型混凝土配方，推进3D打印流程，以及设计打印大型结构所需的整体3D打印系统。根据宾夕法尼亚州立大学的说法，该团队设计的混凝土配方中使用的地质聚合物粘合剂的生产不会向大气中排放二氧化碳，这与最常见类型的水泥的生产不同。 去年，宾夕法尼亚州立大学土木工程助理教授亚历山德拉·拉德林斯卡与美国国家航空航天局一起发起了一项实验，即水泥凝固微重力研究 - 多用途可变重力平台（MICS-MVP），以检查国际空间上的水泥样品，可以为生活在地球上的人类，最终是月球和火星带来显著的好处。处理提供基本基线的样本，并了解有关火星等外星体中水泥固化的信息。

皮奥里亚卡特彼勒爱德华兹示范学习中心

3D打印的栖息地挑战将于明年恢复，Pennstateden@Mars团队准备推进创造可持续住房所需的附加建筑技术。与此同时，他们希望展示他们在校园住房3D打印方面的突破，在那里可以建造一个3D打印的小房子，据大学称，这将是一个完全可持续的建筑，并提供一个家庭建设的未来。

宾夕法尼亚州立大学队在美国航空航天局挑战赛的第三阶段获得第二名

增材制造正被广泛用于开发可持续住房选择。像新加坡这样的国家忙于3D打印公共住房，以及法国3D打印机INNOPrint 3D（不切实际地）声称它可以在30分钟内打印紧急住房，希望为第一批移民在火星殖民地打印住房，这似乎是这项技术的正确方向。许多创新者，公司和政府对其他星球上的生活充满热情，而专家认为火星拥有与地球相似的品质，挑战加快了建筑中使用的3D打印技术的步伐，可能不久之后3D打印机就会被运送到火星进行外太空的一些建筑体验。

[图片来源：美国航空航天局]