Imaginați-vă betonul din locuințele și podurile noastre nu doar rezistent la trecerea timpului și la dezastre naturale, cum ar fi incendiile violente, ci capabil să se auto-vindece sau să capteze dioxidul de carbon din atmosferă.
Cercetătorii de la USC Viterbi School of Engineering au dezvoltat un model revoluționar de inteligență artificială care poate simula comportamentul a miliarde de atomi simultan, deschizând noi posibilități pentru proiectarea și descoperirea materialelor la o scară fără precedent.
Situația actuală a climei este gravă: secete severe, ghețari care dispar, uragane, furtuni și incendii devastatoare lovesc tot mai frecvent. Un contributor major la încălzirea globală este emisia constantă de dioxid de carbon.
Profesorul Aiichiro Nakano, de la USC Viterbi, împreună cu partenerul său de lungă durată, Ken-Ichi Nomura, au dezvoltat proiectul Allegro-FM, un model de simulare bazat pe AI. Descoperirea teoretică surprinzătoare a proiectului este că este posibil să recaptăm dioxidul de carbon emis în procesul de producție al betonului și să-l reintegrăm în betonul pe care l-a generat.
„Puteți să introduceți CO2 direct în beton, ceea ce creează un beton neutru din punct de vedere al emisiilor de carbon”, explică Nakano.
Prin simularea a miliarde de atomi simultan, Allegro-FM permite testarea diferitelor rețete chimice pentru beton virtual, înainte de a realiza experimente costisitoare în lumea reală. Astfel, se poate accelera dezvoltarea unui beton care acționează ca un sorb de carbon, nu doar ca sursă de emisii, producția de beton reprezentând în prezent aproximativ 8% din emisiile globale de CO2.
Modelul se remarcă prin scalabilitate: în timp ce metodele convenționale simulează doar mii sau milioane de atomi, Allegro-FM a demonstrat o eficiență de 97,5% pentru simularea a peste 4 miliarde de atomi pe supercomputerul Aurora de la Argonne National Laboratory.
Modelul acoperă 89 de elemente chimice și poate prezice comportamentul molecular pentru aplicații care variază de la chimia cimentului până la stocarea carbonului.
Profesorul Nomura explică: „Betonul este un material foarte complex, cu multe elemente și faze diferite. Până acum, nu aveam o metodă să simulăm fenomenele care implică materialul beton. Acum putem folosi Allegro-FM pentru a simula proprietățile mecanice și structurale.”
Pe lângă sustenabilitate, betonul astfel simulat poate fi mult mai durabil. În timp ce betonul modern rezistă în medie 100 de ani, betonul antic roman a rezistat peste 2.000 de ani. Adăugarea CO2 în beton poate contribui la crearea unui strat carbonat mai robust, prelungind durata de viață a structurii.
Prin Allegro-FM, AI accelerează procesul de cercetare: în loc să deducă toate calculele mecanicii cuantice de la zero, modelul învață dintr-un set de date inițial și generează simulări precise, economisind timp și resurse de calcul.
Cercetătorii de la USC intenționează să continue dezvoltarea acestui tip de beton, explorând geometria complexă și suprafețe avansate, cu potențialul de a transforma industria materialelor de construcții.
