Jak sztuczna inteligencja zmienia przyszłość zrównoważonego betonu

W laboratorium MIT, pełnym nabazgranych notatek, skomplikowanych równań chemicznych i bazgrołów, wytrwały zespół badawczy zanurzył się w pilnym wyzwaniu. Naukowcy z Olivetti Group i MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub) poszukiwali realnego rozwiązania pozwalającego zmniejszyć zawartość cementu w betonie. W ten sposób mogliby obniżyć zarówno koszty materiału, jak i emisję dwutlenku węgla, co byłoby znaczącym krokiem w kierunku bardziej zrównoważonego przemysłu budowlanego.

Nowe podejście do trudnej kwestii

Negatywny wpływ cementu na środowisko nie jest niczym nowym. Sektor budowlany uzupełnia cement materiałami takimi jak popiół lotny i żużel, które są produktami ubocznymi produkcji węgla i stali. Mimo że przyczynia się to do obniżenia emisji, ciągły wzrost popytu sprawia, że wyzwaniem staje się utrzymanie podaży. Przy niezliczonych potencjalnych alternatywach, prawdziwą przeszkodą jest sama ilość opcji oraz brak czasu i zasobów na właściwą ocenę każdej z nich.

Oto sztuczna inteligencja (AI), która zmienia reguły gry. 17 maja zespół kierowany przez Sorousha Mahjoubiego, pracownika naukowego ze stopniem doktora habilitowanego, opublikował pouczający artykuł w czasopiśmie Materiały Nature's Communications który zaprezentował nowe podejście. Niniejszy dokument przedstawił, w jaki sposób sztuczna inteligencja, w szczególności duże modele językowe (LLM), może radykalnie zmienić sposób, w jaki rozpoznajemy opłacalne zamienniki cementu. "Zdaliśmy sobie sprawę, że sztuczna inteligencja jest kluczem do postępu" - ujawnił Mahjoubi. "Sztuczna inteligencja pozwala nam skutecznie przebrnąć przez ogromną ilość literatury naukowej bez utraty kluczowych danych".

Sztuczna inteligencja zmienia sposób wyszukiwania

Oparta na sztucznej inteligencji struktura zespołu przeszukała potencjalne materiały, oceniając je na podstawie dwóch kluczowych właściwości: reaktywności hydraulicznej i pucolaniczności. Pierwsza z nich potwierdza, że substancja może twardnieć po wprowadzeniu do wody, podobnie jak tradycyjny cement. Z kolei pucolanowość zapewnia, że substancja reaguje z wodorotlenkiem wapnia (pozostałością po hydratacji cementu), wzmacniając beton w miarę upływu czasu. Przydatność materiału jako odpowiedniego zamiennika zależy w znacznym stopniu od zrównoważenia tych dwóch aspektów. "Nie chodzi tylko o znalezienie zamienników - chodzi o zapewnienie, że produkt końcowy będzie działał porównywalnie lub nawet lepiej" - podkreślił Mahjoubi.

Korzystając z innowacyjnej struktury opartej na sztucznej inteligencji, zespół przeanalizował ponad milion próbek skał i kolosalną ilość danych naukowych. Zespół pogrupował możliwe alternatywy dla cementu w 19 unikalnych kategorii; obejmowały one odpady rolnicze, przemysłowe produkty uboczne i materiały odzyskane z rozebranych budynków. Wśród nich znalazły się stare cegły, dachówki, a nawet ceramika - materiały o wysokiej reaktywności i wymagające minimalnej obróbki w celu włączenia do mieszanki betonowej. Mahjoubi przyznał, że jednymi z najbardziej obiecujących kandydatów były materiały ceramiczne, podobne do tych znalezionych w starożytnym rzymskim betonie, stosowane w celu zwiększenia trwałości i odporności na wodę.

Gdy zagłębimy się w te badania, szerszy zakres staje się oczywisty. Innowacyjne podejście do tworzenia nowej infrastruktury z materiałów odpadowych nie służy jedynie recyklingowi. Podejście zespołu jest prawdziwym przykładem zastosowania zasad gospodarki o obiegu zamkniętym do jednego z najczęściej wykorzystywanych materiałów na świecie - cementu. Te niezwykłe badania mogą z powodzeniem ustanowić potężny paradygmat zarządzania odpadami budowlanymi. Zamiast trafiać na wysypiska śmieci, stary gruz budowlany mógłby zostać ponownie wykorzystany do stworzenia nowego, bardziej zrównoważonego wariantu betonu.

Patrząc w przyszłość

Ale plan zespołu nie kończy się na tym. Ich celem jest dalsze udoskonalanie modelu sztucznej inteligencji w celu oceny większej liczby rodzajów materiałów i walidacji najbardziej obiecujących opcji poprzez rygorystyczne testy laboratoryjne. "Technologie sztucznej inteligencji posunęły nas daleko" - stwierdziła profesor Elsa Olivetti, starszy autor artykułu i dyrektor misji MIT Climate Project. "Cieszymy się, że możemy zobaczyć, jak postępy w dużych modelach językowych popchną tę pracę jeszcze dalej". Randolph Kirchain, dyrektor CSHub i współautor, podkreślił dalekosiężną wizję: "Beton jest kręgosłupem środowiska zbudowanego. Wdrażając naukę o danych i sztuczną inteligencję w projektowaniu materiałów, możemy katalizować przemysł budowlany, aby budować w sposób bardziej zrównoważony - bez uszczerbku dla wytrzymałości, bezpieczeństwa lub trwałości".

W tym wspaniałym przedsięwzięciu kluczowy wkład wnieśli również postdoc MIT Vineeth Venugopal, Ipek Bensu Manav SM '21, PhD '24 i zastępca dyrektora CSHub Hessam AzariJafari. Jeśli chcesz zagłębić się w oryginalne badania, przejdź do oryginalnego komunikatu MIT tutaj: https://news.mit.edu/2025/ai-stirs-recipe-for-concrete-0602

.