Vi khuẩn có thể giúp xây dựng thành phố trên Mặt Trăng như thế nào?

Trong hành trình chinh phục không gian, việc xây dựng tiền đồn lâu dài trên Mặt Trăng là bước đệm quan trọng để mở rộng hoạt động ra ngoài Trái Đất.

Tuy nhiên, bài toán nan giải đặt ra là làm thế nào để xây dựng công trình vững chắc trong điều kiện khắc nghiệt của Mặt Trăng, mà vẫn tối ưu chi phí và nguồn lực.

Một nghiên cứu mới đây từ Viện Khoa học Ấn Độ (IISc) đã mở ra hướng tiếp cận đột phá khi sử dụng vi khuẩn đất (tên khoa học: Sporosarcina pasteurii) với mục tiêu chế tạo và tự sửa chữa gạch Mặt Trăng, mang lại tiềm năng xây dựng các thành phố ngoài hành tinh bền vững.

Trọng tâm của nghiên cứu nằm ở việc tận dụng regolith - lớp bụi và đá vụn bao phủ bề mặt Mặt Trăng - để sản xuất gạch xây dựng tại chỗ. Điều này giúp giảm thiểu chi phí vận chuyển vật liệu từ Trái Đất, qua đó biến việc xây dựng các căn cứ trên Mặt Trăng trở nên khả thi hơn.

Để làm điều này, IISc đã phát triển một kỹ thuật sử dụng Sporosarcina pasteurii - loại vi khuẩn có khả năng chuyển hóa urê và canxi thành tinh thể canxi cacbonat. Khi kết hợp với guar gum - một loại keo sinh học chiết xuất từ cây guar - các tinh thể này có thể kết dính hạt regolith thành những viên gạch bền chắc.

Tuy nhiên, điểm yếu là loại gạch sinh học này vẫn còn yếu hơn loại gạch nung được tạo ra bằng cách thiêu kết regolith với polyvinyl ở nhiệt độ cực cao.

Điểm mấu chốt là gạch Mặt Trăng - dù được chế tạo bằng công nghệ nào - đều phải đối mặt với môi trường cực kỳ khắc nghiệt, gồm: nhiệt độ dao động từ 121⁰C đến -133⁰C, tia vũ trụ, thiên thạch siêu nhỏ, và môi trường chân không.

Những yếu tố này có thể gây nứt vỡ cấu trúc, đặc biệt đối với loại gạch thiêu kết với đặc tính giòn. Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu đã chuyển sang loại gạch vi sinh, với ý tưởng vi khuẩn có thể được sử dụng để "vá" những vết nứt và lỗ thủng phát sinh theo thời gian.

Để kiểm chứng, họ đã thiêu kết các viên gạch mô phỏng regolith, sau đó cố ý gây hư hại như tạo rãnh chữ V, lỗ tròn hay vết nứt hình bán nguyệt. Sau đó, họ chế tạo một loại "bùn sinh học" chứa vi khuẩn Sporosarcina pasteurii, guar gum và regolith, rồi đổ lên bề mặt gạch và để hỗn hợp này thấm vào.

Trong quá trình này, vi khuẩn thực hiện hai chức năng chính, là sản sinh canxi cacbonat lấp đầy khe nứt và tạo polymer sinh học liên kết hỗn hợp với vật liệu gạch, phục hồi độ bền cấu trúc.

Kết quả cho thấy, các viên gạch được phục hồi 28-54% cường độ nén ban đầu, đánh dấu bước đầu tiềm năng tự sửa chữa vật liệu xây dựng trong không gian.

Tuy nhiên, thách thức lớn nhất là với điều kiện trọng lực thấp, phơi nhiễm phóng xạ và nhiệt độ khắc nghiệt, hành vi sinh học của vi khuẩn có thể thay đổi hoàn toàn.

Để kiểm chứng, nhóm IISc đã đề xuất thực hiện thí nghiệm sinh học với Sporosarcina pasteurii trong không gian, thông qua việc tích hợp vào sứ mệnh Gaganyaan - chuyến bay có người lái đầu tiên của Ấn Độ, dự kiến diễn ra vào năm 2026.

Nếu thành công, đây sẽ là lần đầu tiên vi khuẩn này được thử nghiệm trên quy mô lớn trong môi trường ngoài Trái Đất.