Vật liệu sinh trưởng và tương lai nội thất tự phục hồi
Một bề mặt nội thất có thể tái tạo sau khi bị hư hại là ý tưởng hấp dẫn. Thay vì thay mới toàn bộ sản phẩm, chúng ta có thể kéo dài thời gian sử dụng bằng chính khả năng sinh trưởng của vật liệu.
Các nghiên cứu về hệ sợi nấm và cellulose vi khuẩn đang mở ra hướng tiếp cận này. Tuy nhiên, khả năng phục hồi của mẫu vật trong phòng thí nghiệm cần được phân biệt với khả năng tự sửa chữa của một chiếc ghế hay tấm ốp trong nhà.Để hiểu đúng tiềm năng của vật liệu sinh trưởng, cần bắt đầu từ cách chúng được tạo ra, điều kiện hoạt động và giới hạn ứng dụng.
Vật liệu sinh trưởng là gì
Vật liệu sinh trưởng, thường được gọi là Grown Materials, được tạo thành nhờ hoạt động sinh học của sinh vật. Trong phạm vi bài viết này, hai nhóm được đề cập là vật liệu từ hệ sợi nấm và cellulose do vi khuẩn tổng hợp.
Với vật liệu hệ sợi nấm, mạng lưới sợi phát triển trên nguyên liệu hữu cơ, góp phần liên kết chúng thành một cấu trúc. Nghiên cứu của Appels và cộng sự cho thấy loại nấm, nguyên liệu nền và phương pháp ép đều ảnh hưởng đến tính chất sản phẩm.Điểm cần hiểu rõ là được tạo ra bằng quá trình sinh trưởng không đồng nghĩa với tiếp tục sống khi sử dụng.
Một sản phẩm đã được xử lý để ngừng hoạt động sinh học không thể mặc nhiên có khả năng tái sinh. Muốn phục hồi bằng cơ chế sinh học, vật liệu phải giữ được thành phần sống hoặc có khả năng được kích hoạt trở lại trong những điều kiện phù hợp.
Hệ sợi nấm tạo thành vật liệu như thế nào
Mycelium là hệ sợi sinh dưỡng của nấm. Khi phát triển trên nền nguyên liệu thích hợp, các sợi nấm đan xen và hình thành mạng lưới liên kết.Nguyên liệu nền có thể gồm mùn cưa, rơm hoặc những nguồn sợi thực vật khác. Thành phẩm không có một tính chất cố định chỉ vì cùng được gọi là vật liệu mycelium.
Nghiên cứu công bố trên Materials and Design năm 2019 ghi nhận rằng thay đổi nguyên liệu, loài nấm và kỹ thuật xử lý có thể điều chỉnh độ cứng, độ bền và khả năng hút nước. Ép nhiệt cũng làm thay đổi cấu trúc và đặc tính cơ học của vật liệu.Vì vậy, khi đánh giá một tấm vật liệu từ nấm, cần xem hồ sơ của sản phẩm cụ thể. Tên gọi sinh học chưa đủ để kết luận vật liệu phù hợp làm mặt bàn, tấm ốp hay bộ phận chịu lực.
Vi khuẩn tạo ra vật liệu gì
Một số vi khuẩn có khả năng tổng hợp cellulose, hình thành mạng lưới sợi trong môi trường nuôi cấy.Cần phân biệt cellulose vi khuẩn đã được làm sạch và xử lý với vật liệu sống còn giữ vi khuẩn có khả năng hoạt động. Hai nhóm này có thể có cùng nguồn gốc nhưng khác nhau về chức năng.
Trong nghiên cứu công bố trên Nature Communications năm 2021, các khối cầu cellulose chứa vi khuẩn được sử dụng như đơn vị để tạo hình và kết nối vật liệu. Nhóm nghiên cứu cũng thử nghiệm sửa các lỗ thủng trên màng cellulose bằng cách bổ sung những khối cầu này và tiếp tục nuôi cấy.
Kết quả cho thấy tiềm năng tái tạo vật liệu bằng quá trình sinh học. Tuy nhiên, đây là quy trình sửa chữa có can thiệp, chưa phải bằng chứng rằng bề mặt nội thất sẽ tự liền lại trong điều kiện sử dụng thông thường.
Nội thất tự phục hồi hoạt động theo cơ chế nào
Với vật liệu sống từ nấm, cơ chế được nghiên cứu là sự phát triển trở lại của mạng lưới sợi tại vùng bị tổn thương.Nghiên cứu về hydrogel chứa mycelium trên Nature Materials đã trình diễn khả năng tự phục hồi của cấu trúc sống và kiểm tra mẫu sau quá trình phục hồi.
Một nghiên cứu khác của Elsacker và cộng sự năm 2023 khảo sát vật liệu hệ sợi nấm thuần có định hướng thay thế da. Kết quả cho thấy khả năng phục hồi với mức can thiệp hạn chế trong điều kiện thử nghiệm, đồng thời gợi ý vai trò của các tế bào có vách dày trong quá trình tái sinh.
Những bằng chứng này tạo nền tảng khoa học cho hướng phát triển nội thất có khả năng phục hồi. Nhưng chúng không có nghĩa mọi vật liệu từ nấm đều tự chữa lành.
Vết hư hại được lấp kín cũng chưa đủ để kết luận sản phẩm đã lấy lại toàn bộ độ bền ban đầu. Cần đo khả năng chịu lực, mức phục hồi và độ ổn định sau nhiều lần sử dụng.
Tiềm năng ứng dụng trong thiết kế nội thất
Từ các đặc điểm đã được nghiên cứu, có thể đề xuất hướng thử nghiệm cho tấm trang trí, cấu kiện nhẹ, lớp bề mặt hoặc chi tiết dễ tháo lắp.
Đây là định hướng thiết kế, không phải khẳng định rằng mọi vật liệu sinh trưởng đã đáp ứng yêu cầu của các ứng dụng này.
Một phương án đáng xem xét là kết hợp vật liệu sinh trưởng với khung chịu lực đã được kiểm chứng. Phần vật liệu sinh học đảm nhận chức năng phù hợp, còn kết cấu chính bảo đảm độ ổn định của sản phẩm.
Thiết kế theo từng bộ phận cũng giúp việc bảo dưỡng thực tế hơn. Nếu một chi tiết chưa thể tự phục hồi, khả năng tháo ra sửa chữa hoặc thay riêng vẫn có giá trị trong việc kéo dài vòng đời nội thất.Những giới hạn cần giải quyết trước khi sử dụng rộng rãi
Điều kiện phục hồi và điều kiện sinh hoạt
Khả năng tái sinh phụ thuộc vào trạng thái sinh học và môi trường thích hợp. Một quy trình hoạt động trong môi trường nuôi cấy chưa chắc hoạt động trên chiếc ghế đặt trong phòng khách.
Cần xác định việc phục hồi diễn ra ngay tại nơi sử dụng hay phải đưa sản phẩm đến khu vực bảo dưỡng có kiểm soát.
Độ bền và khả năng chịu ẩm
Vật liệu phải được thử nghiệm theo đúng mục đích sử dụng. Chi tiết trang trí, lớp phủ và bộ phận chịu lực có yêu cầu khác nhau.
Đặc biệt, khả năng kháng nước ở một mẫu thử không thể được suy rộng thành khả năng chịu nước lâu dài của mọi sản phẩm.
An toàn trong không gian sống
Nguồn gốc sinh học chưa đủ để kết luận vật liệu an toàn cho môi trường trong nhà.
Hồ sơ đánh giá cần xem xét thành phẩm, bao gồm chủng sinh vật, trạng thái sống, khả năng phát tán, nguy cơ nhiễm tạp và các chất được sử dụng khi hoàn thiện.
Nếu có lớp phủ, chất kết dính hoặc phụ gia, những thành phần này cũng phải được đưa vào đánh giá chất lượng không khí trong nhà.
Chi phí và khả năng bảo dưỡng
Giá trị sử dụng cần tính cả chi phí sản xuất, hoàn thiện, bảo dưỡng và xử lý cuối vòng đời.Một vật liệu chỉ thực sự hữu ích khi quy trình sửa chữa có thể thực hiện ổn định, với thời gian và chi phí phù hợp.
Vật liệu sinh trưởng có mặc nhiên bền vững không
Khả năng tận dụng nguyên liệu hữu cơ và tái tạo cấu trúc là những hướng đáng quan tâm. Tuy nhiên, đánh giá môi trường phải dựa trên toàn bộ vòng đời sản phẩm.
Cần tính đến năng lượng xử lý nguyên liệu, điều kiện nuôi cấy, sấy hoặc ép, vận chuyển, lớp phủ và tuổi thọ thực tế.Khả năng phân hủy của vật liệu nền cũng không tự động đại diện cho thành phẩm sau khi bổ sung những thành phần khác.
Vì vậy, tuyên bố về lợi ích môi trường cần có phạm vi rõ ràng và dữ liệu tương ứng. Nguồn gốc tự nhiên là điểm khởi đầu để nghiên cứu, chưa phải kết luận về tính bền vững.
Tương lai nội thất cần khả năng phục hồi có thể kiểm chứng
Vật liệu sinh trưởng đang mở rộng cách chúng ta nghĩ về chế tạo và bảo dưỡng nội thất. Sản phẩm tương lai có thể được thiết kế để tái tạo một phần cấu trúc, sửa chữa theo quy trình sinh học hoặc giảm nhu cầu thay mới.Để trở thành giải pháp thực tế, công nghệ cần trả lời được những câu hỏi cụ thể.Vật liệu phục hồi loại hư hại nào. Cần điều kiện gì. Mất bao lâu. Độ bền được khôi phục đến mức nào. Có thể lặp lại bao nhiêu lần.Câu trả lời phải đến từ thử nghiệm trên sản phẩm và môi trường sử dụng tương ứng.
Kiến Trúc KINH BAN nhìn nhận vật liệu sinh trưởng là hướng nghiên cứu đáng theo dõi cho nội thất bền vững. Quan điểm của chúng tôi là lựa chọn vật liệu bằng bằng chứng về công năng, an toàn và vòng đời, đồng thời thiết kế để sản phẩm dễ bảo dưỡng và sửa chữa.
KIẾN TRÚC KINH BAN
Kiến tạo từ trật tự-Bền vững từ trí tuệ
Điện thoại: 0978.727.986 và 0938.863.401
Website: kientruckinhban.vn
Email: kinhban.com@gmail.com
Địa chỉ: 496 Lý Thái Tổ, phường Vườn Lài, TP.HCM