Các nhà khoa học đã phát triển vật liệu sống có khả năng biến bụi đất trên bề mặt sao Hỏa thành các cấu trúc xây dựng bằng cách sử dụng địa y tổng hợp (một loại sinh vật cộng sinh giữa nấm và tảo). Đổi mới này mở đường cho việc xây dựng tự động trên sao Hỏa.
Sống trên sao Hỏa từ lâu đã là niềm cảm hứng của trí tưởng tượng, thường được mô tả như một mục tiêu xa vời trong các tác phẩm khoa học viễn tưởng. Tuy nhiên, với hàng loạt sứ mệnh thành công tới hành tinh đỏ trong 50 năm qua, việc biến viễn cảnh đó thành hiện thực dường như đang dần trở nên khả thi hơn bao giờ hết.
Tuy nhiên, việc chinh phục sao Hỏa không chỉ đơn giản là đến được đó. Một trong những thách thức lớn nhất chính là xây dựng nhà cửa cách Trái Đất hàng triệu km. Việc đưa vật liệu xây dựng nặng nề lên sao Hỏa bằng tàu vũ trụ là giải pháp không hiệu quả về chi phí và không bền vững. Điều này đặt ra một câu hỏi then chốt: Làm sao để xây dựng bằng chính những gì sao Hỏa có?
Tiến sĩ Congrui Grace Jin từ Đại học Texas A&M có thể đã tìm ra một giải pháp đầy triển vọng.
Hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Đại học Nebraska-Lincoln, bà Jin đã dành nhiều năm nghiên cứu cách tạo ra vật liệu sống nhân tạo thông qua công nghệ sinh học. Họ đã phát triển một hệ thống địa y tổng hợp có thể tự sản xuất vật liệu xây dựng mà không cần con người can thiệp.
Nghiên cứu mới nhất của họ — được hỗ trợ bởi chương trình NASA Innovative Advanced Concepts và đăng tải trên Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật Sản xuất — khám phá cách hệ thống này có thể được sử dụng để xây dựng các công trình trên sao Hỏa, chỉ bằng cách tận dụng lớp bụi đất đá (regolith) trên bề mặt hành tinh này.
Cuộc cách mạng xây dựng ngoài Trái Đất
Đột phá này mang đến một hướng tiếp cận hoàn toàn mới trong xây dựng ngoài không gian, cho phép tạo ra các công trình trong điều kiện khắc nghiệt chỉ từ những vật liệu sẵn có tại chỗ.
Tiến sĩ Jin nói: “Chúng tôi đã phát triển địa y nhân tạo để tạo ra vật liệu sinh học có khả năng kết dính các hạt regolith của sao Hỏa thành kết cấu. Sau đó, nhờ công nghệ in 3D, chúng ta có thể tạo ra nhiều loại cấu trúc như tòa nhà, nhà ở và nội thất.”
Một số nghiên cứu trước đó cũng đã thử nghiệm cách liên kết các hạt regolith bằng magie, lưu huỳnh hoặc hợp chất geopolymer, nhưng những phương pháp này phụ thuộc nhiều vào sức lao động con người, điều khó khả thi trong điều kiện nguồn nhân lực khan hiếm trên sao Hỏa.
Một hướng tiếp cận khác là hệ vi sinh tự sinh trưởng, bao gồm vi khuẩn kết tủa sinh học để biến cát thành gạch rắn; vi khuẩn ureolytic tạo canxi cacbonat để sản xuất gạch; và nấm mycelium như một chất kết dính tự nhiên.
Tuy nhiên, những hệ thống vi sinh đơn chủng này đòi hỏi phải cung cấp dưỡng chất liên tục, tức là cần có sự can thiệp bên ngoài – điều không thuận tiện trên sao Hỏa.
Cộng sinh tổng hợp đa loài
Để khắc phục hạn chế đó, nhóm của Jin đã thiết kế một hệ thống hoàn toàn tự động, sử dụng cộng sinh tổng hợp gồm nhiều loài sinh vật có khả năng bổ trợ lẫn nhau, không cần dưỡng chất từ bên ngoài.
Thiết kế này sử dụng nấm sợi dị dưỡng (heterotrophic filamentous fungi) làm tác nhân tạo liên kết vì khả năng tạo khoáng chất sinh học lớn và chịu đựng tốt điều kiện khắc nghiệt; và vi khuẩn lam cố định nitơ (photoautotrophic diazotrophic cyanobacteria) để tạo oxy và dưỡng chất hữu cơ nhờ quang hợp, giúp nấm phát triển và tăng lượng ion carbonate.
Cụ thể, vi khuẩn lam hấp thụ CO₂ và N₂ từ khí quyển, chuyển hóa thành oxy và dưỡng chất cho nấm. Nấm gắn các ion kim loại vào thành tế bào nấm và tạo điểm kết tủa khoáng chất, đồng thời cung cấp nước, khoáng và CO₂ cho vi khuẩn. Cả hai cùng tiết ra polyme sinh học giúp kết dính và tạo thành khối vững chắc từ hạt regolith và tinh thể khoáng.
Hệ thống này chỉ cần regolith giả lập, không khí, ánh sáng và dung dịch vô cơ – không cần con người vận hành. “Tiềm năng của công nghệ tự sinh trưởng này trong việc hỗ trợ khám phá và chinh phục không gian là rất lớn,” bà Jin nhận định.
Giai đoạn tiếp theo của dự án, hiện đã được triển khai, là tạo ra “mực regolith” để in 3D các công trình sinh học thông qua kỹ thuật in mực trực tiếp (direct ink writing).
Một đột phá trong công nghệ sinh học có thể giúp đưa ý tưởng xây dựng nơi ở trên sao Hỏa trở thành hiện thực – không phải bằng cách chở vật liệu từ Trái Đất, mà bằng cách “nuôi trồng” chúng từ đất sao Hỏa. Ảnh: Shutterstock
