Ứng dụng gỗ làm vật liệu in 3D

Gỗ là một nguồn tài nguyên có thể tái tạo, nhưng chúng ta đang khai thác quá nhanh so với việc trồng nó. Nạn phá rừng đang có tác động mạnh mẽ đến động vật hoang dã và ảnh hưởng lớn đến biến đổi khí hậu. Điều đó đều bắt nguồn từ nhu cầu của con người đối với các sản phẩm bằng mà chưa có nghiên cứu về việc tái chế nó.

Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang trồng gỗ trong phòng thí nghiệm. Không phải cây - chỉ là bản thân gỗ, 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. Và giờ đây, một nhóm các nhà khoa học của MIT đã chứng minh một kỹ thuật mới có thể trồng vật liệu thực vật giống như gỗ trong phòng thí nghiệm, cho phép dễ dàng điều chỉnh các đặc tính như trọng lượng và sức mạnh khi cần thiết.

Ashley Beckwith, tác giả chính cho biết: “Ý tưởng là bạn có thể trồng những nguyên liệu thực vật này theo đúng hình dạng mình mong muốn, vì vậy bạn không cần phải thực hiện bất kỳ sản xuất trừ nào, điều này làm giảm lượng năng lượng và chất thải”.

Đầu tiên, nhóm nghiên cứu đã phân lập các tế bào từ lá của cây được gọi là Zinnia elegans. 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. Thứ này chứa các chất dinh dưỡng và hai loại hormone thực vật khác nhau, mức độ của chúng có thể được điều chỉnh để điều chỉnh 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 bạn in 3D một vật thể bằng nhựa. Sau ba tháng ủ trong bóng tối, vật liệu này bị mất nước và khô lại. 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 định hình vật liệu thành mô hình một cái cây.

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm với các mức độ hormone khác nhau và nhận thấy rằng mức độ thấp hơn dẫn đến vật liệu có mật độ thấp hơn, với các ô tròn, mở. Trong khi đó, các cấp cao hơn trở nên nhỏ hơn, cấu trúc đặc hơn và cứng hơn, nhờ vào sự phát triển gia tăng của lignin polyme hữu cơ. Sự khác biệt này có thể được sử dụng để tạo ra các sản phẩm mềm hơn và nhẹ hơn, hoặc mạnh hơn và cứng hơn nếu cần.

Cuối cùng, mục tiêu là phát triển công nghệ đến mức các vật thể bằng gỗ về cơ bản có thể được in 3D, thay vì cắt, tạo hình và ghép từ những mảnh gỗ lớn hơn thu được từ việc chặt cây. Quá trình này có thể bắt đầu với các đồ vật nhỏ bằng gỗ như chốt hoặc đồ trang trí, trước khi chuyển sang đồ nội thất hoặc ván để xây dựng.

Nhóm nghiên cứu cho biết, các bước tiếp theo là tìm ra cách áp dụng phương pháp này cho các loại cây khác. Zinnia không sản xuất gỗ, nhưng việc điều chỉnh quy trình để làm việc với một thứ như gỗ thông có thể là một bước đột phá lớn.