Bùi Phạm Thành
Thập niên đầu tiên của Trạm Không Gian Quốc Tế (International Space
Station) là thập niên xây dựng. Thập niên thứ hai chuyển từ những
nghiên cứu ban đầu sang việc sử dụng hoàn toàn phòng thí nghiệm không gian.
Bây giờ chúng ta đã bước vào thập niên của kết quả.
Với hơn 20 năm thí nghiệm được thực hiện trên trạm không gian, khoa học gia
đã thành công với nhiều khám phá mới lạ.
Dưới đây là tóm tắt 15 phương pháp mà trạm không gian mang lại
lợi ích cho nhân loại.
1. Chế Tạo Ra Kỹ Thuật Chụp Quang Tuyến Mới
Trong cuộc nghiên cứu về các ngôi sao neutron (neutron stars), toán chuyên
viên sử dụng viễn vọng kính NICER đã phát minh ra nguồn quang tuyến X (X-ray)
có thể bật và tắt rất nhanh. Đây cũng là điều mà một nhà thần kinh học
(neuroradiologist) ở Massachusetts General Hospital cần cho việc cải tiến hệ
thống chụp bằng máy điện toán (computerized tomography scan - CT scan).
Máy CT scan bình thường hiện đang được sử dụng thì quá cồng kềnh và dùng nhiều
năng lượng, gây khó khăn cho việc trang bị cho những nơi không đủ tiện nghi.
Thay vì phải quay hệ thống chụp quang tuyến X chung quanh bệnh nhân để thu
hình, bệnh viện Massachusetts General Hospital phối hợp với nhóm chuyên gia
NICER để tạo nên một chiếc vòng không di động (stationary ring) của hệ thống
X-ray gắn chung quanh bệnh nhân, và bắn ra tia X-ray khi cần thiết. Kỹ thuật
này làm giảm độ phóng xạ mà bệnh nhân có thể bị nhiễm, đồng thời hình chụp
cũng rõ hơn dù chỉ dùng một lượng phóng xạ thấp.
Giảm thiểu sự nhiễm phóng xạ thật hữu ích cho bệnh nhân ở dưới đất, và trong
tương lai có khả năng sẽ trợ giúp cho các phi hành gia trên đường đến Sao Hoả
(Mars). Phát minh này đã được cấp bằng sáng chế, và việc nghiên cứu dang được
tiếp tục để đi từ một chiếc máy sơ khai đến một hệ thống hoàn hảo.
2. Chế Tạo Ra Thuốc Mới Cho Các Loại Bệnh Rối Loạn Như Rối Loạn Bắp Thịt
Một nghiên cứu trên trạm không gian về sự cấu tạo tinh thể của "hoá chất
protein" liên hệ với bệnh Rối Loạn Bắp Thịt (Duchenne Muscular Dystrophy -
DMD), một chứng di truyền không thể chữa được, đã cho thấy một hợp chất có
thể ngăn ngừa được chứng bệnh nói trên. Một vị giáo sư của viện đại học
University of Tsukuba in Tsukuba, Japan đã áp dụng phát minh này để tạo nên
vài hợp chất, trong đó có TAS-205. Với 2015 thí nghiệm để chứng minh sự an
toàn của TAS-205 với con người, và một số nhỏ thử nghiệm trực tiếp (lâm
sàng) trên con người, đã được công bố vào năm 2017. Việc thử nghiệm giai
đoạn 3 (phase 3) để kiểm tra hiệu quả của TAS-205 trong các trường hợp
tương tự như thử nghiệm lâm sàng nói trên đã bắt đầu vào tháng 12 Năm 2020
và sẽ tiếp tục cho đến năm 2027.
Nhóm nghiên cứu ước tính loại thuốc này có thể làm chậm sự tiến triển của DMD
xuống một nửa, có khả năng tăng gấp đôi tuổi thọ của nhiều bệnh nhân.
3. Tạo Nên Các Thành Phần Cấu Tạo Máu Nhân Tạo Cho Thú Vật
Ngoài những hứa hẹn cho việc phát minh ra các loại thuốc mới, Cơ quan Khám
phá Vũ trụ Nhật Bản (the Japan Aerospace Exploration Agency - JAXA) còn
nghiên cứu về việc kết tinh của các "protein" trong vi trọng lực
(microgravity) trong việc nghiên cứu để tìm ra "Albumin" nhân tạo cho thú
vật. "Albumin" là loại "protein" dồi dào nhất trong máu, nhưng rất khó kết
tinh trên trái đất. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng trạm không gian để kết
tinh "albumin" từ chó và mèo để hiểu rõ hơn về cấu trúc của những "protein"
này và cách chúng được hình thành. Các bác sĩ tại các bệnh viện thú y gặp
khó khăn khi phải dùng phương pháp truyền máu, vì không có nhiều kho dự trữ
máu thú vật hiến tặng. Đây là một nghiên cứu quan trọng và hữu ích cho ngành
thú y.
Các tinh thể "protein" được hình thành trong phòng thí nghiệm của trạm không gian
4. Áp Dụng Kỹ Thuật Cánh Tay Robot Trong Ngành Sản Xuất Xe Hơi
Sự chế tạo ra cánh tay robot Robonaut đã đưa đến sự phát triển của găng tay robot trong kỹ nghệ. NASA và hãng chế tạo xe hơi General Motors (GM) đã chế tạo ra một nguyên mẫu Robonaut để thử nghiệm nó trên trạm không gian, và đã thành công với các nhiệm vụ đơn giản bên cạnh các phi hành gia. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã tạo lại phần giống bàn tay của Robonaut thành một bao tay để giúp cả phi hành gia và nhân viên trong xưởng ráp xe tránh bị mỏi tay và chấn thương. Ban đầu được gọi là Robo-Glove (bao tay robot), trang bị này hiện đã được bán trên thị trường với tên gọi Ironhand (Bàn tay sắt), do Bioservo Technologies của Thụy Điển sản xuất.5. Nghiên Cứu Của Sinh Viên Trong Không Gian
Những người sinh sau tháng 11 năm 2000 luôn biết về cuộc sống với con người
trong không gian: họ lớn lên trong một thế giới có Trạm Không Gian Quốc Tế
bay trên không, quanh quả đất. Gọi họ là Thế Hệ của Trạm Không Gian, những
người mà không gian dường như luôn có thể tiếp cận được, một nơi mà các nhà
khoa học trên toàn cầu tiến hành nghiên cứu. Nhiều sinh viên từ khắp nơi
trên thế giới thậm chí đã gửi nghiên cứu hoặc tín hiệu của riêng họ đến trạm
không gian. Họ đã giúp tiến hành các thí nghiệm phân thích DNA như một
phần của chương trình Genes in Space, hoặc điều khiển robot bằng cách sử
dụng tín hiệu của họ như một phần của Chương trình Thử thách robot Kibo (the
Kibo Robot Programming Challenge). Nhiều người, trong số họ, đã cấu tạo và
điều động các vệ tinh nhân tạo nhỏ từ trạm không gian, đưa sáng chế của họ
vào quỹ đạo tầm thấp cua Trái đất (low-Earth orbit).
6. Hạ Nhiệt ở Thành Phố và Theo Dõi Nước
Dữ liệu từ ECOSTRESS của NASA đã có nhiều ứng dụng. ECOSTRESS đo những
thay đổi nhỏ về nhiệt độ để xác định tình trạng căng thẳng của cây (plant
stress). Những phép đo tương tự đó có thể được sử dụng để xác định nhiệt
độ cực cao, chẳng hạn như nhiệt độ do hỏa hoạn hoặc dòng dung nham của núi
lửa phun ra, và để nghiên cứu chuyển động của các dòng nước ấm và sóng
nhiệt trong các thành phố.
Dữ liệu ECOSTRESS đã được sử dụng trong nỗ lực giảm nhiệt độ hấp thụ bởi
bề mặt thành phố, phân bổ nước tốt hơn, giảm nguy cơ cháy trong rừng, đo
lường căng thẳng của cây trồng, tìm kiếm nguồn năng lượng địa nhiệt, theo
dõi muỗi và giúp nông dân tưới nước hiệu quả hơn cho đồng ruộng của họ. Ví
dụ, các nhà nghiên cứu của Cool Streets LA nghiên cứu các vật liệu khác
nhau có thể làm giảm nhiệt ở thành phố đã sử dụng dữ liệu từ ECOSTRESS để
xem nhiệt bề mặt của các khu dân cư thay đổi như thế nào khi họ áp dụng
các lớp phủ (tráng) trên mặt đường. Họ phát hiện ra một lớp phủ mỏng màu
xám có thể làm cho đường nhựa phản chiếu ánh nắng mặt trời giống như đường
làm bằng bê tông, giảm nhiệt xung quanh khoảng 2 độ F.
7. Áp Dụng Phương Pháp Siêu Âm Trên Trái Đất
Đối với những người sống ở các thành phố lớn với các bệnh viện được trang
bị đầy đủ, việc tiếp cận với kỹ thuật hình ảnh y tế nhanh chóng và chính
xác thường không phải là vấn đề khó khăn. Tuy nhiên, khi các cơ sở y tế
không nằm trong tầm tay, việc tiếp cận kỹ thuật này có thể đồng nghĩa với
sự khác biệt giữa sống và chết.
Để chăm sóc cho các phi hành gia trên Trạm Không Gian Quốc tế, các thành
viên phi hành đoàn đã được đào tạo để sử dụng một trang bị siêu âm nhỏ để
kiểm soát sức khoẻ cho các thành viên phi hành đoàn qua sự nghiên cứu về
phương pháp Advanced Diagnostic Ultrasound in Microgravity (ADUM).
Hợp tác với World Interactive Network Focused on Critical Ultrasound
(WINFOCUS), nhóm ADUM đã sử dụng các kỹ thuật được chế tạo cho các phi
hành gia trong trạm không gian và điều chỉnh chúng để sử dụng ở các vùng
xa xôi trên Trái đất bằng cách phát triển các phương pháp liên lạc để thực
hiện nhanh chóng các trường hợp y tế phức tạp với sự hướng dẫn và đào tạo
của chuyên gia từ xa (remote expert guidance and training). Sử dụng các
phương pháp ADUM, WINFOCUS đã đào tạo hơn 45,000 bác sĩ và chuyên gia tại
hơn 60 quốc gia. Khi các nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe địa phương
được huấn luyện, hệ thống y tế sẽ có hiệu quả hơn, và nhiều bệnh nhân có
thể được chẩn đoán và điều trị sớm hơn.
8. Áp Dụng Kỹ Thuật Lọc Không Khí Của Trạm Không Gian Để Chống COVID Và Giữ Gìn Thực Phẩm Trong Chợ
Sử dụng hệ thống Trồng Trọt Tiên Tiến (Advanced Astroculture - ADVASC) của
NASA, các nhân viên của trạm không gian đã trồng thành công hai thế hệ của
cây Arabidopsis, một mẫu thực vật đã được nghiên cứu và hiểu rõ, thường
được sử dụng trong các thí nghiệm sinh học căn bản. Hệ thống cung cấp khả
năng kiểm soát chính xác các điều kiện của môi trường đối với sự phát
triển của thực vật, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm tương đối, ánh sáng, phân phối
chất dinh dưỡng trong chất lỏng cũng như nồng độ carbon dioxide và
ethylene.
Các nhà khoa học đã điều chỉnh hệ thống ADVASC để sử dụng trong việc lọc
không khí trên Trái đất. Ban đầu được sử dụng để kéo dài thời hạn gìn giữ
trái cây và rau quả trong các cửa hàng, kỹ nghệ này đã thu hút được sự chú
ý của các nhà sản xuất rượu, những người này đã sử dụng nó trong hầm rượu
của họ để tăng cường điều kiện gìn giữ. Nhiều công ty hiện cũng sử dụng kỹ
thuật này trong các máy lọc không khí đã được chứng minh là có hiệu quả
trong việc loại bỏ virus SARS-CoV-2 (COVID). Các công ty đã sản xuất và
phân phối rất nhiều máy lọc không khí trong thời kỳ đại dịch. Một kỹ thuật
riêng biệt khác đã được thử nghiệm để phát hiện các chất gây ô nhiễm trên
trạm không gian, trở thành một bộ phận của máy kiểm soát không khí được sử
dụng trên Trái đất để đo "chỉ số nguy cơ lây lan của virus" ở khu vực công
cộng, báo cho mọi người biết để giảm bớt sự đông đúc hoặc thực hiện các
điều hạn chế rủi ro.
Nữ phi hành gia Peggy Whitson đang quan sát các cây đậu nành
trồng theo phương pháp Advanced Astroculture
9. Chất keo và các sản phẩm gia dụng hàng ngày
Công thức mới nhất của chất xịt vào vải Febreze Unstopables TOUCH của
Procter & Gamble (P&G) với kỹ thuật phát ra mùi hương khi bị
chạm vào, là công ty đầu tiên kết hợp các vật liệu dựa trên nghiên cứu
về chất keo được thực hiện trên trạm không gian.
Chất keo là hỗn hợp của các hạt nhỏ lơ lửng trong chất lỏng. Chúng bao
gồm các hỗn hợp tự nhiên như sữa và nước bùn cũng như các sản phẩm được
sản xuất từ dầu gội đầu đến thuốc chữa bệnh. Việc nghiên cứu chất keo
rất phức tạp bởi sức hút của Trái đất, làm cho một số hạt nổi lên và một
số hạt khác chìm xuống. Microgravity loại bỏ sự phức tạp đó khiến có thể
thực hiện các nghiên cứu như thí nghiệm keo mới (Advanced Colloid
Experiments - ACE) trên phòng thí nghiệm của trạm không gian, bởi NASA
và P&G.
P&G nói rằng công việc trên trạm không gian đã giúp họ hình dung và
hiểu được công thức, cho phép họ tạo ra một loại keo lỏng trông giống
như nước. Tính đến năm 2022, các nghiên cứu trên trạm không gian đã đóng
góp ba bằng sáng chế mới cho công ty.
10. Chế Tạo Võng Mạc Nhân Tạo
Võng mạc nhân tạo có thể khôi phục lại thị lực cho hàng triệu
người trên
Trái đất mắc các bệnh thoái hóa võng mạc. Công ty LambdaVision
có trụ sở
tại Hoa Kỳ hiện đã thực hiện các thí nghiệm lên trạm không gian 5
lần để
đạt mục tiêu sản xuất võng mạc nhân tạo trong vùng không trọng
lực.
LambdaVision đang nghiên cứu phương pháp sản xuất để chế tạo
võng mạc
nhân tạo cho con người bằng cách sử dụng một loại protein kích
hoạt ánh
sáng (light-activated protein) có tên là bacteriorhodopsin, có
thể thay
thế khả năng của các tế bào cảm nhận ánh sáng bị hỏng trong mắt.
Diễn
tiến của việc tạo ra mô cấy bằng cách ghép hết lớp này đến lớp
khác của
những màng mỏng. Không gian vi trọng lực có thể cải thiện phẩm
chất và
độ ổn định của màng bởi nó hạn chế sự kết tụ và lắng đọng của
các hạt
xảy ra trên Trái đất. Thí nghiệm khởi đầu vào tháng 12 năm 2021,
lần đầu
tiên đã chứng minh việc chế tạo một màng 200 lớp trong không
gian vi
trọng lực. Đây là một bước quan trọng hướng tới việc sử dụng môi
trường vi trọng lực để sản xuất sản phẩm y tế ích lợi cho đời sống.
11. Tạo Ra Các Phương Pháp Điều Trị Ung Thư Đơn Giản Hơn
Nghiên cứu PCG-5 do Phòng thí nghiệm quốc gia ISS (The ISS National Lab)
tài trợ tập trung vào việc cải thiện cách thức chuyển thuốc đến bên
trong thân thể của bệnh nhân. Nghiên cứu đã chế tạo ra một dạng tinh thể
đồng đều hơn của kháng thể đơn dòng (monoclonal antibody) Keytruda®,
được sử dụng để điều trị một số loại ung thư, bao gồm ung thư tế bào
melanoma và ung thư phổi. Các kháng thể đơn dòng không dễ hòa
tan trong chất lỏng. Điều đó gây khó khăn cho việc tạo ra một loại thuốc
có thể được tiêm tại văn phòng của bác sĩ thay vì tiêm tĩnh mạch, đòi
hỏi bệnh nhân phải dành hàng giờ trong phòng khám để nhận được thuốc.
PCG-5, một nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Merck, đã tạo ra
các hỗn dịch tinh thể phẩm chất cao có thể làm cho Keytruda® có thể phân
phối bằng cách tiêm, giúp việc điều trị thuận tiện hơn cho bệnh nhân và
người chăm sóc đồng thời giảm đáng kể về chi phí. Công việc này đang
được tiến hành, cũng như nghiên cứu về các phương pháp trị liệu tiềm
năng khác, theo Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Merck.
12. Phân Tích DNA
Các nhà khoa học sử dụng Trạm Không Gian Quốc tế như một nơi thử nghiệm
để nghiên cứu cách giữ cho các phi hành gia an toàn và khỏe mạnh trong
các nhiệm vụ lâu dài. Năm 2016, phi hành gia Kate Rubins của NASA đã
thực hiện thành công phương pháp phân tích DNA đầu tiên trong không
gian, mở ra cánh cửa cho việc nghiên cứu sinh học phân tử trong khi đang
bay lên không gian. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp phân tích
MinION, một dụng cụ không lớn hơn chiếc điện thoại di động, để đọc các
gốc axit nucleic trong các mẫu được gửi đến trạm không gian để nghiên
cứu.
Kỹ thuật này có thể cho phép các nhà khoa học nhanh chóng xác định mầm
bệnh trên trạm không gian hoặc trong các nhiệm vụ thám hiểm không gian
trong tương lai, và thậm chí có khả năng xác định sự sống trên các hành
tinh khác trong hệ mặt trời nếu nó có chung cơ chế sinh hóa với sự sống
như chúng ta đã biết trên Trái đất. Việc sử dụng trang bị này trong
không gian cũng có thể giúp cung cấp thông tin cho các nhà nghiên cứu sử
dụng trang bị ở các địa điểm xa xôi, hẻo lánh, trên Trái đất.
13. Giám Sát An Toàn Về Nhiệt Độ Trên Trái Đất
Nhiệt độ cơ thể tăng nhanh hơn trong việc tập thể dục trên trạm không
gian so với trên Trái đất. Thí nghiệm ThermoLab của ESA (European Space
Agency - Cơ quan Không Gian Châu Âu) đã nghiên cứu khả năng điều chỉnh nhiệt
độ cơ thể và sự thích nghi của hệ thống tim mạch ở các nhân viên phi
hành đoàn kể từ năm 2009.
Kỹ thuật đo nhiệt độ cơ thể được phát triển cho nghiên cứu của công ty
Đức Dräge đã bắt đầu tạo ra sự khác biệt trên Trái đất. Các trang bị này
được đặt tại nhiều phòng khám bệnh để theo dõi lồng nuôi trẻ sơ sinh và
bệnh nhân vừa trải qua phẫu thuật và đã được sử dụng để nghiên cứu mức
độ ảnh hưởng về độ nóng của nắng đến nông dân ở Kenya và Burkina Faso.
Các ứng dụng khác của trang bị bao gồm giám sát các dấu hiệu mệt mỏi ở
những người làm việc trong điều kiện khắc nghiệt, bao gồm cả nhân viên
cứu hỏa và phi công của máy bay chiến đấu.
14. Hiểu Rõ Hơn Về Căn Bản Khoa Học Của Thế Giới Chúng Ta
Nhiều thí nghiệm trên trạm không gian đang khám phá thông tin mới và
cung cấp manh mối cho những bí ẩn khoa học lâu đời. Thông tin này giúp
các nhà nghiên cứu nâng cao sự hiểu biết của nhân loại về những thứ
như diễn tiến của sự đốt cháy (combustion) hoặc vật lý chất lỏng
(fluid physics), có thể dẫn đến những cải tiến trong mọi thứ từ hiệu
suất của nhiên liệu đến việc làm mát dụng cụ điện tử.
Khi các nhà nghiên cứu trong nhóm nghiên cứu FLEX của NASA phân tích
các chất ngăn cháy bằng cách nghiên cứu các giọt nhiên liệu đang cháy,
họ đã tạo ra một khám phá đáng ngạc nhiên: tiếp tục cháy ở nhiệt độ
thấp sau khi ngọn lửa đã tắt. Bấy giờ được gọi là ngọn lửa mát, diễn
tiến đốt cháy này khác với ngọn lửa giữ ấm cho chúng ta như bằng lửa
trại. Các ngọn lửa điển hình tạo ra muội than, khí cacbonic và nước.
Ngọn lửa nguội tạo ra carbon monoxide và formaldehyde. Tìm hiểu thêm
về hoạt động của các ngọn lửa khác nhau về mặt hóa học này có thể dẫn
đến sự phát triển của các loại xe hơi hiệu quả hơn, ít ô nhiễm hơn.
15. Nói Chuyện Với Trạm Không Gian Và Truyền Cảm Hứng Cho Thế Hệ Tiếp Nối
Các cuộc trò chuyện với các phi hành gia, thời gian câu chuyện được
ghi lại bởi các nhân viên phi hành đoàn và video khoa học giáo dục
được ghi lại trên trạm không gian đã mang tất cả nhân loại vào hành
trình khám phá vũ trụ của nó. Đài phát thanh tài tử trên Trạm Không
gian Quốc tế (Amateur Radio on the International Space Station -
ARISS) cung cấp cho sinh viên, học sinh từ khắp nơi trên thế giới cơ
hội đặt câu hỏi trực tiếp với một phi hành gia trên quỹ đạo trong khi
học những kiến thức căn bản về kỹ thuật của các máy vô tuyến. Chương
trình hiện đã kết nối hơn 250,000 người tham gia với trạm không gian
và hơn 100 nhân viên phi hành đoàn. Thêm hàng trăm nghìn sinh viên,
học sinh đã liên lạc với các phi hành gia qua chương trình liên kết
giáo dục, giúp truyền cảm hứng cho thế hệ tiếp theo của các nhà khoa
học và kỹ sư.
Một học sinh đang dặt câu hỏi với phi hành gia Serena M.
Auñón-Chancellor của NASA, trong chương trình nói chuyện với phi hành
gia đang làm việc trên trạm không gian.
Bùi Phạm Thành
Tham khảo:
15 Ways the International Space Station Benefits Humanity Back on Earth
bài rất thú vị
Trả lờiXóa