Nhà in 3D bằng bùn sao Hoả, và thứ bùn ấy còn sống

Một cái vòi in nhả ra thứ bùn đỏ sệt, chồng từng lớp lên nhau thành một mái vòm nhỏ. Không ai nung nó, không ai đổ thêm nước. Chính cái lạnh và cái loãng của không khí sao Hoả hút hơi nước ra khỏi khối bùn, và khi khô hẳn, khối ấy chịu được sức nén ngang một loại bê tông thường. Điều lạ nhất: trong khối bùn đó có nấm men còn sống, nên nếu sau này người ta tháo công trình đi, nấm men vẫn nuôi lại được.

Nghe như chuyện cổ tích, nhưng đây là một nghiên cứu vừa công bố trên tạp chí Chem Circularity. Và câu hỏi đáng hỏi là: làm sao một nắm đất đỏ lại đỡ nổi một toà nhà nhiều tầng?

Nó là cái gì

Thứ các nhà khoa học ở Hong Kong làm ra chưa phải một ngôi nhà. Nó là những mái vòm in 3D bé xíu, cao 45 mi li mét và rộng 30 mi li mét, tức là cỡ một cái nút bần đóng chai vang, nhỏ hơn ngón tay bạn. Chúng được in và để khô trong một buồng mô phỏng điều kiện sao Hoả ở phòng thí nghiệm, chứ chưa hề ra khỏi Trái Đất.

Công thức gồm hai phần. Phần thứ nhất là cát, làm từ đá sao Hoả nghiền vụn. Phần thứ hai là một loại keo ướt, trộn từ gelatin (chất làm đông trong thạch, kẹo dẻo) và nấm men đã được biến đổi để bề mặt tế bào bọc một lớp protein rất dính. Mỗi thành phần có một việc riêng: cát cho khối lượng và bộ khung, còn gelatin vừa giữ mọi thứ lại với nhau vừa làm chỗ cho tế bào nấm men sinh trưởng.

Sau khi hỗn hợp chảy ra khỏi vòi in, môi trường sao Hoả đông khô nó. Hơi nước bay đi hết và để lại vô số lỗ rỗng nhỏ cỡ hiển vi, khiến khối vật liệu vừa nhẹ vừa cứng.

Xin nói rõ ngay: đây là bản mẫu (prototype) trong phòng thí nghiệm. Không ai bán nó, không có giá, và chưa có công trình nào được dựng bằng nó.

Trước đây người ta tính làm thế nào

Muốn hiểu vì sao bùn lại được đem ra bàn cho một dự án nghe hiện đại như thuộc địa trên sao Hoả, bạn cần biết sao Hoả tệ với vật liệu Trái Đất tới mức nào.

Hành tinh ấy rất lạnh, hứng bức xạ liên tục, và khí quyển loãng hơn Trái Đất tới 100 lần, gần như chân không. Trong môi trường đó, nhựa, vật liệu tổng hợp (composite), chất trám và dầu bôi trơn nhả hết khí bị nhốt bên trong rồi suy thoái rất nhanh. Tia cực tím (ultraviolet) từ Mặt Trời phá các liên kết phân tử trong polymer hữu cơ. Nhiệt độ lên xuống thất thường làm nứt thép kết cấu, làm hỏng mối nối và gioăng. Còn nước để trộn bê tông thì hoặc sôi hoặc đóng băng, mà đó là nếu tìm được nước.

Cách thứ nhất là chở mọi thứ từ Trái Đất lên. Cách này đắt tới mức không làm nổi. Trong 29 năm qua, con người đã gửi sáu robot tự hành lên sao Hoả, chiếc nặng nhất là 1.025 ki lô gam. Gửi một cỗ máy nặng hơn một tấn là một chuyện, gửi đủ vật liệu để dựng một toà nhà dùng được là chuyện khác hẳn về quy mô.

Nên giới kỹ thuật chuyển sang hướng gọi là ISRU (In-Situ Resource Utilization), nghĩa là dùng thứ có sẵn ngay tại chỗ. Nhiều cách đã được thử. Bê tông lưu huỳnh trộn lưu huỳnh sẵn có trên sao Hoả với đất tại chỗ, nhưng phải nung lưu huỳnh tới điểm nóng chảy 115 độ C tới 120 độ C, tức là cần rất nhiều năng lượng nhiệt ở một nơi khó tìm ra năng lượng. Một nhóm khác từng làm ra Starcrete, ép tinh bột khoai tây với đất sao Hoả mô phỏng và một nhúm muối thành viên gạch, đo được 72 megapascal.

Nó hơn ở điểm nào

Điểm mạnh rõ nhất của cách làm mới là không cần gia nhiệt một chút nào. Cái khô lạnh của sao Hoả, vốn là kẻ thù của mọi vật liệu khác, ở đây lại làm việc thay cho lò nung.

Về độ cứng, các mái vòm đo được sức chịu nén 10 tới 12 megapascal (megapascal là đơn vị đo sức chịu nén, nói cho gọn là bóp mạnh đến mức nào thì vỡ). Con số đó tương đương bê tông cấp thấp. Kỹ sư xây dựng Jishen Qiu, tác giả chính của bài báo, nói rằng vật liệu này "đủ khoẻ để dựng nhà một tới hai tầng trên Trái Đất", nơi trọng lực gấp ba lần sao Hoả, nên theo ông, "có thể dễ dàng dựng nhà nhiều tầng trên sao Hoả".

Điểm mạnh thứ hai là vật liệu còn sống. Nấm men lấy từ công trình tháo ra có thể nuôi lại trong bioreactor, một thùng nuôi tế bào có kiểm soát nhiệt độ và thức ăn. Nghĩa là về lý thuyết, dỡ một bức tường không đồng nghĩa với mất luôn vật liệu.

Còn vướng ở đâu

Phần này quan trọng nhất, và chính nhóm nghiên cứu là người nói ra.

Thứ nhất, họ không biết nấm men sống có sống nổi trong điều kiện sao Hoả thật hay không. Cả công thức đứng trên một sinh vật, mà điều đó thì chưa ai thử ngoài hành tinh.

Thứ hai, gelatin và nấm men vẫn phải mang từ Trái Đất. Nhiều thành phần của vật liệu cuối cùng vẫn nằm ở Trái Đất, đòi vận chuyển hàng trăm tấn hàng hoá và thiết bị trong nhiều tháng. Bài toán tiền vé, thứ đã đẩy người ta tới ISRU ngay từ đầu, chỉ nhỏ đi chứ chưa mất.

Thứ ba, mẫu thử mới ở cỡ nút bần chai. Chính bài báo nói khoảng cách từ đó tới một công trình cho người ở thật còn "đáng kể". Và nếu đem so, 10 tới 12 megapascal vẫn thấp hơn Starcrete khoảng sáu lần.

Một chi tiết bạn nên biết về nghề đọc tin: bản tin gốc ghi hai tên trường khác nhau cho cùng nhóm này, nên bài này chỉ viết "nhóm nhà khoa học ở Hong Kong" cho tới khi tra được đúng tên. Nguồn tin là Cell Press, qua EurekAlert.

Nghĩ tiếp, hoặc thử luôn

Nếu chỉ được mang theo một thùng hàng lên sao Hoả, bạn chọn mang gì, và thứ gì bạn định tìm ngay tại đó?

Còn nếu muốn thử tay, hãy lấy cát trộn với một chút bột năng hoặc bột mì và nước, nặn thành hai khối rồi phơi khô. Làm thêm một khối chỉ có cát và nước. Bóp thử xem khối nào vỡ trước. Ý tưởng "chất kết dính" mà các nhà khoa học đang loay hoay chính là chỗ đó, chỉ khác nguyên liệu và khác hành tinh.

Lưu ý

Bài viết dựa trên tin khoa học đã công bố, viết lại cho bạn đọc nhỏ tuổi. Có chỗ nào con muốn tìm hiểu thêm thì rủ bố mẹ đọc cùng nhé.