一项发表于《自然·通讯》的研究提出了一种多尺度仿生方法，通过优化生物聚合物与土基矿物在微观尺度上的物理化学相互作用，并系统地跨空间维度放大优选相互作用，以制造宏观尺度的高性能3D打印土基结构。通过分析全球90%的表层土壤矿物，研究建立了一个普遍适用的多尺度优化路径，最终确定了一种基于海藻酸盐的生物聚合物稳定剂。该稳定剂使建筑相关结构的打印速度提高了33%，结构稳定性提高了10度。这一发现加速了更高效、更坚韧、更复杂的3D打印土基结构的发展，为21世纪可持续、高性能的建筑铺平了道路。

研究背景与仿生启示

自然界为制造高性能3D打印土基材料和结构提供了强大的蓝图，例如白蚁丘、胡蜂巢和蜂窝虫礁。然而，大规模模仿自然界使用的化学和生物构建模块在很大程度上仍未得到探索。本研究从这些天然结构中汲取灵感，开发了一种受生物启发的多尺度优化策略。

材料优化与性能提升

研究团队对全球90%的表层土壤矿物进行了系统分析，发现海藻酸盐基生物聚合物作为稳定剂具有普适性优势。实验结果表明，使用该优化材料进行3D打印，可将打印速度提升33%，同时使建筑相关结构的稳定性提高10°。该研究为开发更高效、更坚韧、更复杂的3D打印土基结构提供了新途径，有望推动21世纪可持续、高性能建筑的发展。

参考文献

Armistead, S. J., Srubar III, W. V. et al. (2026). Bio-inspired 3D-printed earthen materials and structures. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-026-71885-z

该研究开发了一种受生物启发的多尺度优化方法，通过筛选全球主要土壤矿物与生物聚合物的相互作用，确定了海藻酸盐（alginate）作为普适性稳定剂。该生物基材料显著提升了3D打印土基结构的可打印性（速度提升33%）和生坯强度（稳定性提高10°），为可持续建筑提供了新策略。研究团队来自科罗拉多大学博尔德分校、哥伦比亚大学等机构。