NASA nghiên cứu trạng thái ngủ đông nhân tạo cho phi hành gia lên sao Hỏa nhưng còn nhiều thách thức

Chuyến đi lên sao Hỏa là một trong những mục tiêu lớn nhất của NASA, nhưng hành trình này đặt ra nhiều khó khăn. Việc đi lại hai chiều có thể kéo dài hơn một năm, khiến phi hành gia phải đối mặt với nhiều nguy cơ như bức xạ vũ trụ, mất cơ và xương do trọng lực vi mô, áp lực tâm lý và nhu cầu mang theo lượng lớn thực phẩm, nước uống cùng vật tư cần thiết.

Để giải quyết những khó khăn này, các nhà khoa học đang nghiên cứu một khái niệm từng xuất hiện trong khoa học viễn tưởng: đặt phi hành gia vào trạng thái giống ngủ đông trong suốt chuyến bay. Mặc dù ngủ đông thật sự ở người hiện vẫn ngoài khả năng y học, nhưng các nghiên cứu được NASA và Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) hỗ trợ đang dần tiến đến việc phát triển trạng thái giảm hoạt động chuyển hóa tổng hợp an toàn, có thể thay đổi cách khám phá không gian sâu rộng.

Nhiều loài động vật như gấu, dơi và sóc đất tự nhiên có khả năng ngủ đông để sống sót qua những điều kiện khắc nghiệt. Trong giai đoạn này, chuyển hóa của chúng giảm mạnh, sử dụng rất ít năng lượng, nhịp tim giảm xuống thấp, và có thể sống nhiều tháng mà không ăn uống.

The Guardian dẫn lời các nhà khoa học cho biết những đặc điểm sinh học này có thể bảo vệ phi hành gia trong những sứ mệnh dài ngày. Ngủ đông giúp chống lại các mối nguy hiểm chính trong không gian, bao gồm tiếp xúc với bức xạ, suy giảm cơ và xương, đồng thời giảm áp lực tâm lý khi phải sống trong không gian chật hẹp kéo dài nhiều tháng.

Tuy nhiên, con người không thể tự nhiên chuyển sang trạng thái này. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu đang cố gắng gây ra trạng thái giảm chuyển hóa nhân tạo (synthetic torpor) - một trạng thái được kiểm soát y tế, giảm hoạt động chuyển hóa mà không gây hại lâu dài.

NASA tài trợ nghiên cứu qua Chương trình Nghiên cứu Con người, trong khi ESA cũng thúc đẩy nhiều dự án về công nghệ này. Các nhà khoa học tập trung nghiên cứu các loài có khả năng ngủ đông tự nhiên để hiểu cách chúng bảo vệ não, tim, cơ bắp và DNA khi không hoạt động dài ngày.

Một phát hiện thú vị là loài sóc đất 13 sọc có thể làm giảm nhịp tim còn một lần mỗi vài phút, thân nhiệt giảm xuống khoảng 4°C. Chúng có cơ chế sửa chữa DNA xuất sắc và có thể sống nhiều tháng không ăn uống mà không bị tổn hại lâu dài.

Để áp dụng cho con người, các nhà khoa học thử nghiệm thuốc, kích thích não mục tiêu và siêu âm không xâm lấn. Từ năm 2023, một số nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc kích hoạt trạng thái ngủ đông tổng hợp ở động vật bằng siêu âm, không cần phẫu thuật não. Các nhà khoa học được ESA hỗ trợ hy vọng sớm thử nghiệm phương pháp tương tự trên người khỏe mạnh.

Nếu phi hành gia có thể ở trạng thái ngủ đông tổng hợp trong phần lớn chuyến bay kéo dài 6-9 tháng tới sao Hỏa, nhu cầu về thực phẩm, nước và oxy trên tàu sẽ giảm đáng kể. Sản xuất chất thải cũng giảm, giúp các kỹ sư thiết kế tàu nhỏ gọn và nhẹ hơn, mang theo ít vật tư hơn.

ESA ước tính rằng việc áp dụng ngủ đông có thể giảm không gian sinh hoạt trên tàu khoảng một phần ba, từ đó giảm chi phí nhiệm vụ và cải thiện sức khỏe phi hành đoàn.

Công nghệ cũng có tiềm năng ứng dụng y tế trên Trái Đất. Các nhà nghiên cứu đang khám phá liệu trạng thái ngủ đông tổng hợp có thể giúp bảo quản tạng hiến, giảm tổn thương trong các ca đau tim và tai biến mạch máu não, điều trị các bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer và Parkinson, thậm chí cải thiện hiệu quả điều trị ung thư bằng cách thay đổi phản ứng của tế bào với liệu pháp.

Nhà sinh lý học người Italy Matteo Cerri nhận định lĩnh vực này có “tiềm năng trị liệu rất lớn”.

Dù tiến bộ có khích lệ, các nhà khoa học nhấn mạnh ngủ đông nhân tạo ở người vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm. Ý tưởng này nổi lên từ năm 2013, khi các kỹ sư tại SpaceWorks Enterprises, dưới sự tài trợ của NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), đề xuất sử dụng trạng thái giảm chuyển hóa để giảm bớt thách thức về thể chất và hậu cần trong các sứ mệnh đến sao Hỏa.

Nghiên cứu cho thấy nếu đưa người vào trạng thái chuyển hóa thấp có thể giảm đáng kể lượng thực phẩm, nước uống, oxy và không gian sinh hoạt cần thiết trong hành trình liên hành tinh, biến khái niệm từng chỉ có trong khoa học viễn tưởng thành đề tài nghiên cứu nghiêm túc trong ngành hàng không vũ trụ.

Đến nay, chưa ai chứng minh được con người có thể an toàn duy trì trạng thái giảm chuyển hóa trong nhiều tuần hoặc tháng, rồi phục hồi hoàn toàn mà không có tác động sức khỏe lâu dài.

Các thách thức y tế lớn khác gồm ngăn ngừa huyết khối, teo cơ, nhiễm trùng và tổn thương tạng, đồng thời đảm bảo có thể đánh thức phi hành gia bất cứ khi nào cần thiết. Một câu hỏi khoa học chưa có lời giải là cách các loài ngủ đông tự nhiên bật tắt chuyển hóa mà không gây tổn thương lâu dài.

Mặc dù vậy, các chuyên gia được The Guardian phỏng vấn tin rằng nếu các nghiên cứu hiện tại được tiếp tục, ngủ đông nhân tạo có thể trở thành hiện thực trong vài thập kỷ tới. Khi đó, một trong những ý tưởng lâu đời nhất của khoa học viễn tưởng có thể biến thành công nghệ cần thiết cho những nhiệm vụ có người đầu tiên đến sao Hỏa, thậm chí là các hành trình xa hơn nữa.

Bài viết được biên tập với sự hỗ trợ của công cụ trí tuệ nhân tạo (AI), tổng hợp từ các nguồn tin dẫn bên dưới và đã qua kiểm duyệt của toà soạn Quang Minh Việt Nam.