Chặt cây và xử lý gỗ không phải là cách hiệu quả nhất hoặc thân thiện với môi trường nhất trong việc làm đồ nội thất hoặc xây dựng. Ở hiện tại, gỗ có thể là một nguồn tài nguyên có thể tái tạo, nhưng con người đang sử dụng nó nhanh hơn nhiều so với việc bổ sung lại. Nạn phá rừng đang có tác động mạnh mẽ đến động vật hoang dã và làm trầm trọng thêm tác động của biến đổi khí hậu. Vì sự thèm muốn của con người đối với các sản phẩm bằng gỗ không có khả năng thay đổi, nên thứ cần thay đổi chính là các phương pháp để tạo ra chúng.
Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang trồng gỗ trong phòng thí nghiệm. Tất nhiên, chúng không phải cây, mà là trồng gỗ. Nó cũng không giống như việc nuôi cấy tế bào động vật để lấy thịt trong phòng thí nghiệm, thay vì nuôi động vật sống và giết mổ chúng.
Khi gỗ có thể in 3D, con người sẽ không cần phải chặt cây nhiều như hiện nay nữa.
Và giờ đây, một nhóm các nhà khoa học của MIT đã chứng minh một kỹ thuật mới có thể “trồng” một loại vật liệu thực vật giống như gỗ trong phòng thí nghiệm, cho phép dễ dàng điều chỉnh các đặc tính như trọng lượng và độ bền khi cần thiết.
“Ý tưởng là bạn có thể trồng những nguyên liệu thực vật này theo đúng hình dạng mà bạn cần, vì vậy, bạn sẽ không cần phải thực hiện bất kỳ công đoạn sản xuất cắt bỏ nào, và điều này làm giảm lượng năng lượng cũng như chất thải”, Ashley Beckwith, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. “Có rất nhiều tiềm năng để mở rộng điều này và phát triển các cấu trúc ba chiều.”
Đầu tiên, nhóm nghiên cứu đã phân lập các tế bào từ lá của loài cây được gọi là Zinnia elegans (cúc ngũ sắc). Sau đó, những tế bào này được nuôi cấy trong môi trường lỏng trong hai ngày, trước khi được chuyển sang môi trường gel đặc hơn. Loại gel này chứa các chất dinh dưỡng và hai loại hormone thực vật khác nhau, với mức độ của chúng có thể được điều chỉnh, để thay đổi các đặc tính vật lý và cơ học của vật liệu.
Tiếp theo, nhóm đã in 3D gel chứa tế bào này thành một hình dạng cụ thể, giống như cách người ta in 3D một vật thể bằng nhựa. Sau ba tháng ủ trong bóng tối, vật liệu này bị mất nước và kết quả cuối cùng là một vật thể tùy chỉnh được làm từ chất liệu thực vật giống như gỗ. Ví dụ, trong một thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã tạo hình vật liệu thành mô hình một cái cây.
Một sơ đồ minh họa cách các tế bào thực vật có thể được nuôi cấy và in 3D thành các hình dạng tùy chỉnh, với các đặc tính khác nhau dựa trên các mức hormone bổ sung khác nhau.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm với các mức độ khác nhau của kích thích tố và nhận thấy rằng mức độ thấp hơn dẫn đến vật liệu có mật độ thấp hơn, với các kết cấu ô tròn, mở. Trong khi đó, mức độ cao khiến chúng trở nên nhỏ hơn, với cấu trúc dày đặc hơn và cứng hơn, nhờ vào sự tăng trưởng gia tăng của lignin (một loại polymer tự nhiên phong phú thứ hai trên thế giới, chỉ sau cellulose). Sự khác biệt này có thể được sử dụng để tạo ra các sản phẩm với đặc tính mềm hơn và nhẹ hơn, hoặc mạnh hơn và cứng hơn, nếu cần.
Cuối cùng, mục tiêu của nghiên cứu là phát triển công nghệ đến mức các vật thể bằng gỗ về cơ bản có thể được in 3D, thay vì phải cắt, tạo hình và ghép từ những mảnh gỗ lớn thu được từ việc chặt cây. Quá trình này có thể bắt đầu với các đồ vật nhỏ bằng gỗ hoặc đồ trang trí, trước khi chuyển sang đồ nội thất hoặc ván để xây dựng.
Nhóm nghiên cứu cho biết, bước tiếp theo là tìm cách áp dụng phương pháp này cho các loại cây khác. Zinnia không phải là cây lấy gỗ, nên việc điều chỉnh quy trình để mọi thứ hoạt động với một thứ như gỗ thông có thể sẽ là một bước đột phá lớn.
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Materials Today.