Biến chitin trong vỏ côn trùng có thể trở thành siêu vật liệu trên Sao Hỏa

Kết hợp chitin với vật chất tương tự như đất Sao Hỏa, các nhà khoa học có thể tạo nên những hình dáng phức tạp, nhiều chi tiết như thế này

“Ban đầu, công nghệ này được phát triển để tạo ra hệ sinh thái khép kín ở khu vực nội thành”, đồng tác giả nghiên cứu Javier Fernandez nói. “Nhưng vì quá hiệu quả, chúng tôi còn có thể áp dụng nó vào phương pháp sản xuất vật liệu trong môi trường nhân tạo khép kín, đặt tại những môi trường khắc nghiệt của một hành tinh không sự sống hay trên trạm vũ trụ”.

NASA nêu kế hoạch đưa người Mỹ trở lại Mặt Trăng và xây dựng một căn cứ tại đó, làm tiền đề chinh phục Sao Hỏa. Để những sứ mệnh không gian này thành công, ngành khoa học vật liệu phải có được những đột phá lớn, nhằm ta xây được căn cứ ở thiên thể xa xôi. Việc vận chuyển vật liệu sẽ tốn kém lắm, nên các nhà nghiên cứu tìm cách tạo vật liệu xây dựng ngay trên bề mặt thiên thể.

Đã có bên đề xuất sử dụng công nghệ in 3D, với yêu cầu là một lượng lớn hóa chất và nước uống được, bên cạnh đó là một vật liệu giống đá sẽ cần tới cả nước và axit photphoric. Hồi tháng Ba, có một báo cáo khoa học nêu lên khả năng phi hành gia định cư trên Mặt Trăng sử dụng urê trong nước tiểu để làm chất hóa dẻo nhằm tạo ra xi măng ngay trên bề mặt Mặt Trăng.

Việc xây căn cứ Sao Hỏa cũng gặp phải những thách thức tương tự: làm sao để tạo ra vật liệu xây dựng ngay trên bề mặt Hành tinh Đỏ, tận dụng những tài nguyên sẵn có gần khu vực đặt trạm. Nhưng tác giả của nghiên cứu mới chỉ ra rằng những phương án đã nêu đều cần một lượng lớn năng lượng cũng như những thiết bị chuyên dụng. Vẫn còn những phương án khác nữa …

“Tự nhiên có sẵn những chiến lượng sinh tồn và thích nghi hiệu quả trước những môi trường khắc nghiệt”, tác giả nghiên cứu mới viết. “Trên cơ thể sinh vật, những cấu trúc cứng chắc có thể sinh ra từ việc kết hợp quá trình thêm chất vô cơ ở mức năng lượng thấp (ví dụ như canxi cacbonat) vào với ma trận hữu cơ (ví dụ như chitin) vốn được tạo ra nhờ quá trình chuyển hóa năng lượng”.

Fernandez và cộng sự cho rằng chitin sẽ là một phần thiết yếu của bất cứ hệ sinh thái nhân tạo nào, bởi lẽ chitin rất sẵn trong tự nhiên. Chúng là thành phần chính có trong vảy cá, tường tế bào của nấm hay trong bộ xương ngoài của loài giáp xác cũng như côn trùng. Thực tế, ta đã bắt đầu coi côn trùng là nguồn protein tiềm năng cho sứ mệnh căn cứ Sao Hỏa. Và bởi lớp vỏ chitin chẳng đem lại mấy giá trị dinh dưỡng cho con người, ta có thể sử dụng chitin để làm vật liệu xây dựng.

Trong thử nghiệm của mình, các nhà nghiên cứu tiến hành những thí nghiệm hóa học đơn giản. Họ sử dụng chitosan có trong vỏ tôm, hòa tan chúng trong axit axetic – một phụ phẩm thường thấy trong cả hai quá trình lên men có và không có không khí – và kết hợp nó với khoáng chất tương tự với đất Sao Hỏa; kết quả là họ có được vật liệu xây dựng có tính chitin.

Sử dụng vật liệu này, đội nghiên cứu làm ra được nhiều công cụ hữu dụng, đáng chú ý nhất là một chiếc cờ lê hoạt động được. Dù biết rằng chitin khó có thể thay thế được kim loại, nhưng thử nghiệm cho thấy nó vẫn đủ cứng cáp để thay thế cờ lê thường; mà hỏng chiếc này, có thể ngay lập tức tạo ra chiếc khác để thay thế.

Tiếp theo, nhóm các nhà khoa học sử dụng vật liệu này trong nhiều dự án hình học để nghiên cứu tiềm năng của nó, xem liệu có thể “nhào nặn” chitin thành những hình trụ, khối lập phương hay những hình thể nhiều góc cạnh. Họ cũng cho thấy hỗn hợp này có thể thay vữa, chặn được lỗ rò của một ống dẫn; ống thử nghiệm đã tiếp tục tồn tại nhiều tuần sau đó mà không rỉ thêm lần nào.

Nhóm nghiên cứu kết luận: kết quả nghiên cứu cho thấy giải pháp “khép kín, không chất thải” này là khả thi trên Sao Hỏa.

Cũng giống như một bộ manga nổi tiếng nào đó, chúng ta hoàn toàn có thể dựa vào những đặc tính dẻo dai nơi loài côn trùng để cường hóa nhân loại, biến con người trở thành sinh vật liên hành tinh.

Nghiên cứu đã được đăng tải trên tạp chí khoa học PLOS ONE.

VLXD.org