Исследовательская группа Olivetti Group и Центр устойчивого развития бетона Массачусетского технологического института (MIT) представили алгоритм машинного обучения ИИ, который помогает им находить экологически чистые материалы для замены цемента, анализируя множество параметров. В этих целях искусственный интеллект уже просмотрел 1 миллион образцов, чтобы найти 19 материалов, которые могут заменить цемент.
Как сообщается, команда исследователей MIT под руководством Суруша Махджуби опубликовала статью в журнале Nature's Comminications Materials, в которой описывается их решение. В частности, указывается, что исследовательская группа работала над поиском альтернатив для уменьшения количества цемента в бетоне, чтобы сэкономить на расходах и выбросах. Компании по всему миру, стремящиеся к устойчивому развитию, также ищут альтернативы для замены цемента в бетоне. Обычно для этих целей используются такие материалы, как шлаки. Однако высокий спрос на эти материалы быстро привел к необходимости увеличения количества таких альтернатив. В этой связи перед исследователями MIT задача заключалась не только в том, чтобы найти нужный материал, но и в том, чтобы выделить наиболее приемлемое решение, поскольку их оказалось довольно много. “Мы поняли, что искусственный интеллект - это ключ к продвижению вперед”, - сказал Маджуби. “Существует огромное количество данных о потенциальных материалах — сотни тысяч страниц научной литературы. На их сортировку ушло бы много жизней. Рассматриваемое решение с искусственным интеллектом может перебирать множество альтернативных материалов, оценивать их на основе их физических и химических свойств, выбирать тот, который может работать наилучшим образом”.
“Во-первых, это гидравлическая реактивность. Причина прочности бетона заключается в том, что цемент — "клей", который скрепляет его, — затвердевает под воздействием воды. Поэтому, если мы заменим этот клей, нам нужно убедиться, что заменитель реагирует аналогичным образом”, - объяснил Маджуби. “Во-вторых, это пуццоланистость. Это когда материал вступает в реакцию с гидроксидом кальция, побочным продуктом, образующимся при взаимодействии цемента с водой, что со временем делает бетон тверже и прочнее. Нам необходимо было сбалансировать гидравлические и пуццолановые материалы в смеси, чтобы бетон работал наилучшим образом”.
Комментируя свое инновационное решение, Махаджуби и его команда обнаружили, что некоторые материалы более доступны во всем мире и могут быть добавлены в бетонные смеси простым измельчением. Это означает, что они могут снизить затраты и выбросы вредных веществ без дополнительной обработки. “Одним из наиболее интересных материалов, которые могли бы заменить часть цемента, является керамика”, - сказал Маджуби. “Старая плитка, кирпич, керамика — все эти материалы могут обладать высокой реакционной способностью. Именно это мы наблюдали в древнеримском бетоне, в который добавляли керамику для повышения водонепроницаемости конструкций”.
Исследовательская группа MIT, говоря о своих дальнейших планах, указала, что намеревается обновить алгоритм машинного обучения ИИ и сделать его способным оценивать еще больше материалов. “Бетон является основой архитектурной среды”, - сказал Рэндольф Кирчайн (Randolph Kirchain), соавтор исследования. “Применяя научные данные и инструменты искусственного интеллекта для проектирования материалов, мы надеемся поддержать усилия отрасли по созданию более экологичных зданий без ущерба для прочности, безопасности и долговечности”.
В новом исследовании, опубликованном в Scientific Reports, описывается платформа на базе искусственного интеллекта, которая объединяет глубокие нейронные сети (DNNS) и многоцелевую оптимизацию частиц (MOPSO) для разработки экологически чистых бетонных смесей. При этом подчеркивается, что использование искусственного интеллекта для ускорения поиска экологически чистых материалов является многообещающим, но реальная проблема может заключаться в масштабировании этих решений за пределами лаборатории. Наличие инфраструктуры будет иметь решающее значение для определения того, какая из отраслей сможет широко и ответственно адаптировать эти решения.
