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2025-11
MTRL + 魏茨曼研究所：3D打印 “树土”，可降解互锁砖解锁生态修复新路径
在全球干旱化加剧、土地退化问题日益突出的当下，生态修复与可持续农业技术已成为科研界与产业界的重点关注方向。2025 年 11 月 10 日，以色列理工学院材料拓扑研究实验室（MTRL）的研究人员与魏茨曼科学研究所树木实验室携手合作，联合推出 “树土”（TreeSoil）项目。该项目创造性地提出一种基于地面的机器人打印结构，将 3D 打印技术应用于生态保护领域，能在退化环境中为幼树建立阶段提供保护，为幼树及农作物培育提供全新解决方案。
建成的“树土”庇护所位于一片重新造林地内，将土质建筑、机器人技术和生态学融合到一个活的护理系统中（3D打印网）
该项目打造的 “树土” 庇护所坐落于一片重新造林区域，是土质建筑、机器人技术与生态学深度融合的 “活体护理系统”。其核心是一套由可生物降解材料制成的互锁土质砖块系统，且 **“树土” 的核心设计基于参数几何形状，形状变量由特定地点的气候和土壤参数精准确定 **—— 比如砖块的开口角度、壁厚和表面纹理，均经过精心测算，旨在减缓对流气流、减少水分蒸发，并高效利用漫射太阳辐射，进一步优化幼苗生长的微环境。整个系统通过建筑学、植物生物学与材料科学的跨学科整合，结合机器人 3D 打印技术，有效为幼苗抵御蒸发、风蚀与强烈日照的侵害，营造适宜早期生长的微气候环境。
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将当地土壤混合物（由土壤、粘土、沙子、纤维和生物基添加剂组成）混合，以获得3D打印的最佳性能（3D打印网）
“树土” 项目的设计灵感源自古代农业智慧 —— 古人曾利用石头与土壤为树木构建保护性微气候。研究团队以现代技术对这一传统实践进行创新重构，借助计算机辅助设计（CAD）与机器人制造技术，研发出完全可生物降解的互锁土砖系统。砖块的核心材料取自当地挖掘土壤，经专业调理后，混合了粘土、沙子、有机纤维、纤维素衍生的生物基粘合剂，以及富含营养的残留物；部分原型产品还添加了生物炭等废弃物衍生营养物质，进一步提升生态价值与养分供给能力。所有材料混合物均经过侵蚀性、机械性能及流变性能的严格检测，既确保了与环境的兼容性，又满足了 3D 打印的工艺要求，同时保障材料降解后能为土壤补充养分。
配备WASP LDM挤出机的KUKA机械臂将预先准备好的泥土混合物一层一层地打印（3D打印网）
在制造环节，“树土” 结构采用大型机器人挤出式 3D 打印技术，具体通过搭载 WASP LDM XXXL 挤出系统的 KUKA KR50 机器人手臂完成打印。机器人挤出过程精准定义了砖块的层结构与孔隙率，巧妙平衡了毛细管传输功能（利于水分渗透与保留）和机械稳定性（确保保护结构稳固） 。砖块打印后无需额外处理，自然风干即可现场组装，凭借互锁结构形成稳固的保护体系，且组装过程便捷高效。值得关注的是，这套结构并非永久性建筑：随着树木逐渐生长，土砖会自然分解，其中的养分将重新回归土壤，实现全程生态循环。
研究人员将模块化土质单元围绕着一棵幼小的角豆树苗组装起来，形成微气候庇护所的基础结构（3D打印网）
为最大化提升树苗成活率，每块 “树土” 砖的设计都充分参考了当地气候数据，包括风向、湿度、太阳辐射等关键指标。其独特的多孔互锁结构不仅便于快速组装与拆卸，还能优化空气流通效率与遮荫效果；同时，土壤本身的热容量特性可有效调节微环境的水分与温度，为幼苗根系茁壮成长提供保障。MTRL 设计团队强调，“树土” 项目本质上是建筑学、材料科学和植物生理学之间的关键接口，目前已建成的原型不仅是保护幼树的设施，更充当着重要的测试台，可根据特定地点的环境压力源（如极端干旱、强风等）直接评估设计效果，为后续优化提供数据支撑。其最终呈现的成果，与其说是一个永久的物体，不如说是一个能伴随植被第一年生长周期的临时、适应性强的组合系统。
从上方观察“树土”结构（3D打印网）
MTRL 设计团队表示，“树土” 的命名直接彰显了项目核心 —— 诠释树木与土地之间不可分割的本质联系。该项目更颠覆了 “建筑必须永恒” 的传统认知，通过 3D 打印土砖系统证明，建筑完全可以具备适应性与临时性，甚至实现材料的完全再生。此外，对于 3D 打印技术而言，“树土” 项目也开辟了传统组件应用之外的新领域：即通过精准的几何设计与材料控制，创建具备功能性的微气候环境。总体来看，“树土” 项目成功展示了如何将机器人制造、当地资源利用与生态绩效目标深度整合，形成强大且贴合地域需求的生态修复解决方案，为生态友好型建筑设计与可持续农业发展开辟了新路径。
不止于种树：3D 打印的环保未来与多元应用
“树土” 项目并非个例。如今，3D 打印技术正在生态保护、生物医药、医疗器械等多个领域多点开花：荷兰公司用 3D 打印珊瑚礁修复海洋生态，以色列科学家用土砖守护陆地植被，而在生物医用材料领域，也有企业正凭借 3D 打印底层技术创新，为行业发展注入新动能。
例如专注于生物医用材料 3D 打印和检测技术创新的星芒科学仪器，便是这一领域的代表性企业。作为高科技公司，星芒科学仪器擅长 3D 打印底层技术研发，能专业为生物医药、医疗器械研发企业及生物医学研究机构，提供先进的实验仪器、加工设备、试剂耗材与加工服务解决方案，其产品体系已覆盖再生医学、生物材料、医疗器械、医工交叉等多个研究方向，为相关领域的技术突破与产业应用提供有力支撑。
回到 “树土” 项目，对于 MTRL 与魏茨曼研究所的团队而言，这只是 3D 打印赋能可持续发展的起点。他们正在收集不同气候区的原型测试数据，计划让这套技术适配沙漠、盐碱地等更极端的环境。或许在不久的将来，无论是生态修复的造林现场，还是生物医药的研发实验室，我们都能看到 3D 打印技术创造的更多可能，见证科技与自然、健康领域的深度融合。
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