Vật liệu thông minh đang định hình nơi ở ngoài không gian như thế nào?

Từ những giấc mơ khoa học viễn tưởng đến các đề xuất khoa học thực tế, viễn cảnh con người sống ngoài Trái Đất không còn xa vời. Khi những sứ mệnh đến Sao Hỏa và Mặt Trăng dần trở thành hiện thực, một câu hỏi quan trọng nổi lên: Nhà của chúng ta sẽ tồn tại như thế nào ngoài Trái Đất?

Việc phát triển các vật liệu thông minh – thông minh và phản ứng linh hoạt với môi trường – đang thay đổi cách chúng ta thiết kế, xây dựng và sinh sống trong các công trình ngoài Trái Đất. Con người đang chuẩn bị tạo nên những nơi ở lâu dài trên Mặt Trăng, Sao Hỏa và xa hơn nữa.

Vật liệu thông minh là gì?

Vật liệu thông minh được thiết kế để phản ứng với môi trường theo những cách cụ thể. Chúng có thể thay đổi hình dạng, màu sắc hoặc độ bền khi gặp các tác nhân như nhiệt độ, áp suất, ánh sáng hoặc bức xạ.

Ví dụ:

• Nhựa tự phục hồi có thể tự vá các vết nứt.

• Hợp kim nhớ hình dạng có thể uốn cong và trở lại hình dáng ban đầu.

Những công nghệ này rất cần thiết để chịu đựng môi trường khắc nghiệt ngoài không gian.

Vận chuyển lên không gian rất tốn kém

Để giảm chi phí, các giải pháp như nanolattice và mô-đun bơm phồng được phát triển.

• Mô-đun nhẹ, mềm có thể nén lại để phóng lên và sau đó được bơm phồng trong không gian. Ví dụ: Bigelow Expandable Activity Module của NASA.

• Vật liệu polymer chịu bức xạ và dệt thông minh giúp các mô-đun bền mà không cồng kềnh.

• Nanolattice – cấu trúc siêu nhẹ và siêu bền – giúp xây dựng công trình với ít vật liệu nhưng độ chắc chắn cao.

Công trình có thể thích ứng và biến đổi

Nhờ vật liệu thông minh, nhà ở ngoài không gian không còn là công trình “tĩnh” mà trở thành không gian sống “sinh động”.

• Hợp kim nhớ hình dạng có thể tạo cửa tự động đóng mở hoặc tấm cách nhiệt biến đổi theo nhiệt độ.

• Sơn nhiệt sắc và điện sắc thay đổi màu để kiểm soát ánh sáng và nhiệt, giống như kính râm cho ngôi nhà trên Sao Hỏa.

• Phủ mycelium (nấm sợi) tạo vật liệu nhẹ, cách nhiệt tự nhiên ngay tại chỗ.

• Nhựa tự phục hồi tự vá các vết nứt do vi thiên thạch hoặc bức xạ mà không cần con người can thiệp.

Xây dựng từ những gì sẵn có tại chỗ

Thay vì chở nguyên liệu từ Trái Đất, chúng ta có thể in 3D bằng regolith (bụi đất Sao Hỏa).

• Robot điều khiển bởi AI và chất kết dính thông minh biến regolith thành công trình cách nhiệt, bền chắc.

• ICON và chương trình NASA MMPACT đang thử nghiệm in 3D sử dụng vật liệu tại chỗ.

• Vật liệu thông minh có thể tự cứng lại trong điều kiện khắc nghiệt hoặc tự phục hồi khi bị nứt.

Điều này mở ra khả năng xây dựng thành phố trên Sao Hỏa chỉ từ bụi đất Sao Hỏa và máy in thông minh.

Lớp da thông minh điều hòa khí hậu

Môi trường ngoài không gian khắc nghiệt, nhưng nhà ở vẫn cần giữ nhiệt độ ổn định.

• Vật liệu thông minh với khả năng thay đổi độ phát xạ nhiệt giúp kiểm soát luồng nhiệt động.

• Những “lớp da” thông minh này giúp cách nhiệt ban đêm và tự làm mát vào ban ngày.

• “Solar skins” – lớp phủ năng lượng mặt trời mỏng – vừa sản xuất điện vừa sưởi ấm bên trong.

Tích hợp công nghệ và kiến trúc

Tất cả bề mặt trong không gian đều có giá trị.

• Thêm pin mặt trời linh hoạt lên tường và mái biến chúng thành nguồn năng lượng.

• Các lớp da thông minh không chỉ thu năng lượng mà còn bảo vệ nhiệt, cung cấp năng lượng cho hệ thống hỗ trợ sự sống.

• Kết hợp kiến trúc và chức năng tạo nên hệ sinh thái tự cung tự cấp.

AI càng làm vật liệu thông minh mạnh mẽ hơn. NASA đang phát triển mô-đun sống tự động phát hiện bất thường và tự sửa chữa, chẳng hạn các viện nghiên cứu như HOME và RETHi. Hình dung một ngôi nhà biết tự kiểm tra mỏi kết cấu và thay đổi hình dạng để thích ứng.

Thiết kế vì sức khỏe con người

Sống ngoài không gian không chỉ là sinh tồn mà còn là sống khỏe.

• Vật liệu nhớ hình dạng cho phép nội thất linh hoạt, tạo không gian riêng tư và đa dạng.

• Hệ thống chiếu sáng thích ứng mô phỏng chu kỳ ngày – đêm của Trái Đất, hỗ trợ đồng hồ sinh học.

• Hệ thống chiếu sáng thông minh tích hợp trồng trọt thủy canh mang đến thực phẩm tươi trong không gian nhỏ, được kiểm soát khí hậu.

Công nghệ không gian trở lại Trái Đất

Những đổi mới từ kiến trúc không gian đang dần được ứng dụng trên Trái Đất:

• Thiết kế tòa nhà xanh với “lớp da” tiết kiệm năng lượng.

• Bao che tòa nhà thích ứng và bê tông tự phục hồi.

• Cấu trúc bơm phồng tự triển khai ban đầu dành cho không gian có thể thành lều cứu hộ khẩn cấp.

Tương lai của nhà ở ngoài không gian

Dù tiềm năng công nghệ mới đầy hứa hẹn, vẫn cần đối mặt với nhiều thách thức thực tế trước khi ứng dụng rộng rãi. Việc thử nghiệm liên tục là cần thiết để đảm bảo chúng hoạt động tin cậy trong môi trường khắc nghiệt.

Chúng ta cần hệ thống thông minh và mạnh mẽ, nhưng sự phức tạp hơn cũng đồng nghĩa với rủi ro hỏng hóc cao hơn. Ngoài chức năng, chúng ta còn phải cân nhắc tác động môi trường và các vấn đề đạo đức khi triển khai những đổi mới này trên quy mô toàn cầu.

Vật liệu thông minh đang nhanh chóng trở thành nền tảng của những ngôi nhà ngoài Trái Đất thế hệ mới. Đây không còn là khoa học viễn tưởng – chúng mang đến kiến trúc bền vững, linh hoạt và thích ứng, từ lớp da nhẹ, dẻo cho đến lá chắn bức xạ và khả năng tự phục hồi.

Những vật liệu “biết nghĩ”, “biết cảm nhận” và “biết chữa lành” sẽ là chìa khóa để xây dựng nơi ở cho con người trong kỷ nguyên không gian – những ngôi nhà có thể tồn tại, thích nghi và nuôi dưỡng sự sống trong những điều kiện khắc nghiệt nhất.

Scource: parametric-architecture