بتن هوشمند: کربن‌گیر و جاودانه!

هوش مصنوعی میلیاردها اتم را شبیه‌سازی می‌کند تا بتنی بسازد که کربن را به دام می‌اندازد و قرن‌ها دوام می‌آورد.

کد خبر: ۱۲۸۸۴۲۹

يکشنبه - ۰۵ مرداد ۱۴۰۴ / July 27, 2025

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، بتن ۲.۰ اینجاست و توسط هوش مصنوعی طراحی شده است.

در یک جهش برجسته برای علم مواد، محققان دانشکده مهندسی USC Viterbi یک مدل شبیه‌سازی مبتنی بر هوش مصنوعی توسعه داده‌اند که می‌تواند رفتار میلیارد‌ها اتم را به طور همزمان تقلید کند.

این ابزار که Allegro-FM نام دارد، می‌تواند به ایجاد نسل جدیدی از بتن هوشمند کمک کند: قوی‌تر، بادوام‌تر و قادر به جذب دی‌اکسید کربن به جای انتشار آن.

بتن پرکاربردترین ماده ساخته دست بشر روی زمین است، اما هزینه‌های زیست‌محیطی بالایی دارد. تولید سیمان به تنهایی مسئول تقریباً ۸ درصد از انتشار جهانی CO₂ است.

مخلوط‌های هوشمندتر، سیاره‌ای پاک‌تر

Allegro-FM با فراهم کردن امکان آزمایش مجازی ترکیبات مولکولی مختلف توسط دانشمندان، معادله را تغییر می‌دهد و کشف فرمول‌های خودتقویت‌کننده و به دام‌اندازنده کربن را بدون کار آزمایشگاهی پرهزینه آزمون و خطا تسریع می‌کند.

ناکانو توضیح داد که شبیه‌سازی‌های این مدل نشان می‌دهد که می‌توان CO₂ آزاد شده در طول تولید سیمان را دوباره به خود بتن بازگرداند و آن را از نظر کربن خنثی کرد. او گفت: «شما می‌توانید CO₂ را داخل بتن قرار دهید و این باعث ایجاد یک بتن کربن خنثی می‌شود.»

این سیستم هوش مصنوعی که توسط اساتید آیچیرو ناکانو و کن-ایچی نومورا توسعه داده شده است، با استفاده از ابررایانه آرورا در آزمایشگاه ملی آرگون، بیش از ۴ میلیارد اتم را با راندمان ۹۷.۵ درصد شبیه‌سازی کرد - مقیاسی تقریباً ۱۰۰۰ برابر بزرگتر از مدل‌های مرسوم.

نومورا گفت: «بتن همچنین یک ماده بسیار پیچیده است. این ماده از عناصر و فاز‌ها و فصل مشترک‌های مختلفی تشکیل شده است. بنابراین، به طور سنتی، ما راهی برای شبیه‌سازی پدیده‌های مربوط به مواد بتنی نداشتیم. اما اکنون می‌توانیم از Allegro-FM برای شبیه‌سازی خواص مکانیکی [و]خواص ساختاری استفاده کنیم.»

این جهش عظیم در قدرت محاسباتی به محققان اجازه می‌دهد تا درک کنند که چگونه تعاملات اتمی بر عملکرد بتن، از جمله مقاومت آن در برابر آتش‌سوزی‌های جنگلی و پوسیدگی ساختاری طولانی‌مدت، تأثیر می‌گذارد.

وضوح اتمی با بتن ترکیب می‌شود

این شبیه‌سازی‌ها همچنین به بتن با دوام بیشتر اشاره دارند. در حالی که بتن مدرن معمولاً در حدود ۱۰۰ سال تخریب می‌شود، محققان معتقدند که ترکیب CO₂ می‌تواند یک لایه کربناتی تشکیل دهد که ماده را تقویت می‌کند - شاید حتی با دوام بتن روم باستان که هزاران سال قدمت داشته است، رقابت کند. ناکانو گفت: «اگر CO₂، به اصطلاح «لایه کربنات»، را وارد کنید، مقاوم‌تر می‌شود.»

چیزی که Allegro-FM را به طور خاص متحول می‌کند، توانایی آن در پیش‌بینی چگونگی تعامل اتم‌ها بدون تکیه بر معادلات خاص هر عنصر است. به طور سنتی، مکانیک کوانتومی حکم می‌کرد که هر ماده به مجموعه فرمول‌های خاص خود نیاز دارد. اما اکنون، با مدل‌های مبتنی بر هوش مصنوعی که بر روی مجموعه داده‌های وسیع آموزش دیده‌اند، Allegro-FM می‌تواند همان رفتار‌ها را با دقت و کارایی قابل توجهی شبیه‌سازی کند.

نومورا گفت: «به جای استخراج تمام این مکانیک کوانتومی از ابتدا، محققان در حال تولید یک مجموعه آموزشی هستند و اجازه می‌دهند مدل یادگیری ماشین اجرا شود.

این سیستم همچنین چندمنظوره است - قادر به مدل‌سازی ۸۹ عنصر شیمیایی - به این معنی که کاربرد‌های آن فراتر از بتن است. کاربرد‌های بالقوه آن از مواد ذخیره‌سازی کربن و شیمی باتری گرفته تا دارو‌های جدید و دستگاه‌های زیست‌پزشکی را شامل می‌شود.

با این حال، تمرکز اصلی این تیم همچنان بر تغییر مصالح ساختمانی است. نومورا گفت: «ما قطعاً این تحقیقات مطالعاتی بتن را ادامه خواهیم داد و هندسه‌ها و سطوح پیچیده‌تری خواهیم ساخت.»

یافته‌های آنها در مجله‌ی Physical Chemistry Letters منتشر شد.