החדשנות של היום משנה באופן רדיקלי חומרים מסורתיים. הבטון, עמוד תווך fundamental של התשתיות המודרניות, מתחדש בהכוונת הבינה המלאכותית. מחקר מהMIT מראה את ההשפעה של הטכנולוגיות החדשות על הרכב הבטון. חיסכון בעלויות והפחתת פליטות מהווים עדיפות בהקשר האקלימי הדחוף. הבינה המלאכותית הופכת להיות בת זוג החוקרים במטרה למצוא תחליפים לבטון המסורתי. ניתוח מדוקדק של נתונים מדעיים מאפשר לחקור אפשרויות מבטיחות, מה שמקדם כלכלה מעגלית. השימוש בידע זה עשוי לעצב מחדש את התקנים של קיימות בבנייה.
הבינה המלאכותית והמחקר על בטון
צוות מחקר מהMIT, בשיתוף פעולה עם קבוצת אוליבטי, התחייב למטרה שאפתנית להפחית את כמות הצמנט המשומש בבטון. הבעיה שנדונה במשך שנים מוצאת היום תנופה חדשה בזכות הבינה המלאכותית. המטרה: להפחית גם את העלויות וגם את טביעת הרגל הפחמנית.
אתגר האספקה
חומרים כמו עפרת עוף, תוצר לוואי של ייצור פחם, ותוצרי לוואי מיצירת פלדה, כבר בשימוש כדי להחליף חלק מהצמנט. הביקוש הגובר לאותם מרכיבים, המנוגד לרצון הקיימות, עולה בהרבה על ההיצע הקיים. תופעה זו מעמידה את החיפוש אחרי חלופות כדחוף במיוחד.
פתרון המונחה על ידי הבינה המלאכותית
ב-17 במאי, הצוות בראשות סורוש מהג'ובי פרסם מחקר בNature Communications Materials, חושף את הגישה החדשנית שלהם. לפי מהג'ובי, הבינה המלאכותית מתגלה ככלי חיוני כדי לקדם את המחקר הזה. כמות הנתונים הקיימת על חומרים פוטנציאליים היא עצומה, וסינון ידני יהיה בלתי אפשרי.
מודלים של שפה ומיון חומרים
באמצעות מודלים של שפה מתקדמים, הצוות פיתח מסגרת למידת מכונה המעריכה ומדרגת את החומרים הפוטנציאליים לפי תכונותיהם הפיזיות והכימיות. התגובה ההידראולית היא תכונה פרימורדיאלית. הצמנט, כמחבר, מתקשה בנוכחות מים. לכן, כל תחליף חייב להציע תגובות דומות.
לאחר מכן, הפוזולאניות, הכוללת את התגובה של חומר עם הידרוקסיד הסידן, היא קריטית. תגובה זו תורמת לחיזוק הבטון עם הזמן. החוקרים זקוקים לאיזון מושלם בין שני סוגי החומרים הללו כדי להבטיח את הביצועים האופטימליים של הבטון.
אנליזה וסיווג
ההליך של ניתוח המסמכים המדעיים ודגימות הסלעים אפשר לצוות למיין את החומרים הפוטנציאליים ל-19 קטגוריות שונות. טווח זה כולל תוצרי לוואי חקלאיים וחומרים מעבודות הריסה. המחקר הצביע על זמינות חומרים מתאימים ברמה הגלובלית.
חומרים חדשים כמו תחליפים
בין גילויים בולטים, חומרים נפוצים כמו קירות קראמיים, נובעים מאריחים עתיקים או לבנים, יכולים להיות תחליפים מצוינים. בתשתיות הבטון הרומית, השתמשו בחומרים קראמיים כדי לשפר את אטימותם. תובנות אלו צברו יותר ממדיון עם פרופסור אדמיר מאסיק, מומחה ללימודי בטון עתיק מהMIT.
תרומה לכלכלה מעגלית
מאמצי הצוות הזה משתלבים בחזון רחב יותר של כלכלה מעגלית. על ידי זיהוי חומרים שיכלו להיות מוזנחים אחרת, התעשייה יכולה להאריך את מחזור חייהם ולהפחית את הפסולת. סוגיה חשובה בהקשר הנוכחי של שימור משאבים.
תחזיות לעתיד
לגבי עתיד מחקריהם, הצוות שוקל לחזק את מסגרת האנליזה שלהם כדי לחקור עוד יותר חומרים. האימות הניסי של המועמדים המובילים משתלב גם בשלביהם הבאים. כלי הבינה המלאכותית מאפשרים להתקדם במהירות במחקר החדשני הזה, לפי הפרופסור אלסה אוליבטי, חברה במחלקת מדע והנדסה של חומרים מהMIT.
ראנדולף קירצ'ין, אחד מהכותבים ומנהל הCSHub, מדגיש כי השימוש במדעי הנתונים ובכלי הבינה המלאכותית בעיצוב החומרים עשוי לשנות את תעשיית הבטון, מבלי להתפשר על עוצמה או עמידות.
שאלות נפוצות
כיצד הבינה המלאכותית תורמת להפחתת הצמנט בבטון?
הבינה המלאכותית מאפשרת לנתח כמויות עצומות של נתונים ומסמכים מדעיים כדי לזהות ולהעריך חומרים שיכולים להחליף את הצמנט, מה שיוצא לשפר את היעילות של מחקרי החלופות הידידותיות לסביבה.
אילו סוגי חומרים נחשבים לתחליפים לצמנט בנוסחאות הבטון החדשות?
החוקרים מעריכים מגוון רחב של חומרים, כולל אפרים עפים, תוצרי לוואי ממניות, וחומרים ממוחזרים כמו קירות קראמיים, לבנים ורצפות ישנות, שיש להם תגובה הידראולית או פוזולאנית.
מדוע חשוב למצוא תחליפים לצמנט המסורתי?
הצמנט אחראי לפליטות CO2 כבדות, וייצורו היקר והמאומץ דורש מקורות חשובים. החיפוש אחרי חלופות קיימות ונגישות הוא קריטי להפחתת ההשפעה הסביבתית של תעשיית הבטון.
אילו יתרונות מציעה השימוש בבינה מלאכותית ביחס לשיטות מסורתיות לחיפוש חומרים?
באמצעות שימוש במודלים של שפה גדולים, הבינה המלאכותית מאפשרת למיין ולנתח במהירות קבוצות נתונים רחבות מאוד, מה שהיה לוקח שנים רבות של עבודה ידנית, ומאפשרת לזהות ביעילות חומרים מבטיחים.
כמה סוגי חומרים זוהו כמועמדים אפשריים במחקר זה?
החוקרים מיינו את החומרים המועמדים ל-19 סוגים שונים, דבר המצביע על המגוון של האפשרויות הזמינות להחליף את הצמנט בתערובות בטון.
מהן ההשלכות של מחקר זה על הכלכלה המעגלית?
על ידי גילוי מחדש ושימוש בחומרים שיכולים היו להיזרק, מחקר זה מהווה גישה לכלכלה מעגלית, שבה פסולת ממוזערת וחומרים משולבים בתוך המבנים, מה שמפחית את ההשפעה הסביבתית.
מהן המטרות הבאות של צוות המחקר?
העבודות העתידיות שלהם כוללות שיפור של מסגרת ההערכה המשומשת לחקור עוד חומרים ולנסות את המועמדים המובילים כדי לאמת את היעילות ואת התכונות שלהם.
כיצד המחקר הזה ישפיע על תעשיית הבניין?
על ידי הכללת פתרונות המבוססים על הבינה המלאכותית כדי למצוא תחליפים לצמנט, תעשיית הבניין יכולה לאמץ פרקטיקות יותר קיימות, תוך שמירה על הביצועים הנדרשים של חוזק, בטיחות ועמידות הבטון.
