Οι δρόμοι με αυτοεπισκευαζόμενο άσφαλτο, κατασκευασμένοι από απόβλητα βιομάζας και σχεδιασμένοι με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης (ΤΝ), θα μπορούσαν να προσφέρουν μια πολλά υποσχόμενη λύση στο πρόβλημα των λακκουβών στο Ηνωμένο Βασίλειο, το οποίο εκτιμάται ότι κοστίζει 143,5 εκατομμύρια λίρες ετησίως.
Μια ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο Swansea και το King’s College του Λονδίνου, σε συνεργασία με επιστήμονες στη Χιλή, σχεδιάζει έναν νέο τύπο αυτοεπισκευαζόμενου ασφάλτου που μπορεί να επιδιορθώσει τις δικές του ρωγμές χωρίς την ανάγκη συντήρησης ή ανθρώπινης παρέμβασης.
Οι ρωγμές σχηματίζονται όταν η πίσσα – το κολλώδες μαύρο υλικό στο μείγμα ασφάλτου – σκληραίνει μέσω οξείδωσης, αλλά οι ακριβείς διαδικασίες πίσω από αυτό δεν είναι εντελώς γνωστές.
Η ομάδα έχει βρει έναν τρόπο να αντιστρέψει το σπάσιμο και να αναπτύξει μεθόδους για να “συνδέσει” ξανά την άσφαλτο, δημιουργώντας πιο ανθεκτικούς και βιώσιμους δρόμους.
Κατά τη διάρκεια της έρευνας, ένας τύπος ΤΝ γνωστός ως μηχανική μάθηση χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη οργανικών μορίων σε σύνθετα ρευστά όπως η πίσσα. Η ομάδα ανέπτυξε ένα νέο μοντέλο βασισμένο σε δεδομένα για να επιταχύνει τις ατομικές προσομοιώσεις, προωθώντας την έρευνα για την οξείδωση της πίσσας και τον σχηματισμό ρωγμών. Συνεργάζονται επίσης με την Google Cloud για να προσομοιώσουν τη συμπεριφορά της πίσσας σε έναν υπολογιστή.
Για να γίνει η άσφαλτος “αυτοεπισκευαζόμενη”, η ομάδα ενσωμάτωσε μικροσκοπικά, πορώδη υλικά γνωστά ως σπόρια, τα οποία είναι μικρότερα από μια τρίχα και παράγονται από φυτά. Αυτά τα σπόρια είναι γεμάτα με ανακυκλωμένα έλαια, τα οποία απελευθερώνονται όταν η άσφαλτος αρχίζει να σπάει, βοηθώντας στην αντιστροφή της διαδικασίας.
Σε εργαστηριακές δοκιμές, αυτό το προηγμένο υλικό ασφάλτου έδειξε ότι θεραπεύει πλήρως μια μικρορωγμή στην επιφάνειά του σε λιγότερο από μία ώρα.
Ο Δρ. Jose Norambuena-Contreras, ανώτερος λέκτορας στο Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών στο Πανεπιστήμιο Swansea και ειδικός στον αυτοεπισκευαζόμενο άσφαλτο, δήλωσε: “Στο πλαίσιο της διεπιστημονικής μας μελέτης, έχουμε συγκεντρώσει εμπειρογνώμονες στον τομέα των πολιτικών μηχανικών, της χημείας και της επιστήμης των υπολογιστών, συνδυάζοντας αυτή τη γνώση με τα υπερσύγχρονα εργαλεία ΤΝ της Google Cloud.
“Είμαστε υπερήφανοι που προωθούμε την ανάπτυξη αυτοεπισκευαζόμενου ασφάλτου χρησιμοποιώντας απόβλητα βιομάζας και τεχνητή νοημοσύνη. Αυτή η προσέγγιση τοποθετεί την έρευνά μας στην πρώτη γραμμή της βιώσιμης καινοτομίας στις υποδομές, συμβάλλοντας στην ανάπτυξη δρόμων με μηδενικό αποτύπωμα άνθρακα με ενισχυμένη ανθεκτικότητα.”
Ένα σημαντικό μέρος των εκπομπών άνθρακα από τους δρόμους συνδέεται με την παραγωγή ασφάλτου. Καθώς ο τομέας των αυτοκινητοδρόμων δίνει ολοένα και μεγαλύτερη προτεραιότητα στη μείωση των εκπομπών άνθρακα για να υποστηρίξει τον στόχο της κυβέρνησης του Ηνωμένου Βασιλείου για επίτευξη μηδενικών εκπομπών έως το 2050, η προώθηση καινοτόμων ασφαλτικών υλικών για ασφαλτοστρωμένους δρόμους έχει καταστεί βασική ερευνητική προτεραιότητα.
Ο Δρ. Norambuena-Contreras δήλωσε: “Για να μεταβούμε σε πιο βιώσιμους δρόμους ασφάλτου με μηδενικό αποτύπωμα άνθρακα, η κυβέρνηση του Ηνωμένου Βασιλείου και ο ιδιωτικός τομέας πρέπει να επενδύσουν σε πρωτοβουλίες που οδηγούν την καινοτομία. Η επίτευξη αυτού του οράματος έως το 2050 θα είναι δυνατή μόνο μέσω των ενωμένων προσπαθειών της ακαδημαϊκής κοινότητας, της κυβέρνησης και της βιομηχανίας.”
Παρόλο που βρίσκεται ακόμη υπό ανάπτυξη, η έρευνα της ομάδας έχει τεράστιες δυνατότητες για τη βελτίωση των υποδομών και την προώθηση της βιωσιμότητας σε όλο τον κόσμο.
Ο Δρ. Francisco Martin-Martinez, ειδικός στη υπολογιστική χημεία στο King’s College του Λονδίνου, δήλωσε: “Στην έρευνά μας, θέλουμε να μιμηθούμε τις θεραπευτικές ιδιότητες που παρατηρούνται στη φύση. Για παράδειγμα, όταν ένα δέντρο ή ένα ζώο κόβεται, οι πληγές τους επουλώνονται φυσικά με την πάροδο του χρόνου, χρησιμοποιώντας τη δική τους βιολογία. Η δημιουργία ασφάλτου που μπορεί να θεραπεύσει τον εαυτό του θα αυξήσει την ανθεκτικότητα των δρόμων και θα μειώσει την ανάγκη για τους ανθρώπους να γεμίζουν λακκούβες.
“Χρησιμοποιούμε επίσης βιώσιμα υλικά στη νέα μας άσφαλτο, συμπεριλαμβανομένων των αποβλήτων βιομάζας. Αυτό θα μειώσει την εξάρτησή μας από το πετρέλαιο και τους φυσικούς πόρους. Τα απόβλητα βιομάζας είναι διαθέσιμα τοπικά και παντού, και είναι φθηνά.
“Η παραγωγή υλικών υποδομής από τοπικούς πόρους όπως τα απόβλητα μειώνει την εξάρτηση από τη διαθεσιμότητα πετρελαίου, η οποία βοηθά τις περιοχές του κόσμου που έχουν περιορισμένη πρόσβαση σε άσφαλτο με βάση το πετρέλαιο.”
Ο Iain Burgess, υπεύθυνος του δημόσιου τομέα του Ηνωμένου Βασιλείου και της Ιρλανδίας στην Google Cloud, πρόσθεσε: “Συνεργαστήκαμε για πρώτη φορά με τον Δρ. Francisco Martin-Martinez όταν εντάχθηκε στο πρόγραμμα Google Cloud Research Innovators το 2022, παρέχοντάς του πρόσβαση σε ειδικούς της Google, τεχνικούς πόρους και εκπαίδευση για την υποστήριξη της έρευνάς του.
“Τώρα, είναι εμπνευστικό να βλέπουμε πώς οι ομάδες στο Swansea και το King’s College του Λονδίνου αξιοποιούν τη δύναμη των εργαλείων που βασίζονται στο cloud και την ΤΝ, συμπεριλαμβανομένων των Gemini και Vertex AI, για να οδηγήσουν σε πιο αποτελεσματικές διαδικασίες και να ανακαλύψουν χημικές ιδιότητες.”
Η τρέχουσα έρευνα του Δρ. Norambuena-Contreras για βιολογικές ενθυλακωμένες λύσεις για την αυτοθεραπεία της ασφάλτου περιλαμβάνει επίσης τη δημιουργία καψουλών από βιοπολυμερή που προέρχονται από καφέ φύκια και φυτικά έλαια, καθώς και την ανάπτυξη αναζωογονητικών στοιχείων μέσω της θερμικής μετατροπής ελαστικών στο τέλος του κύκλου ζωής τους.