Вчені з Каліфорнійського університету створили штучний інтелект, який моделює бетон нового покоління, здатний поглинати вуглекислий газ і витримувати екстремальні умови.
Бетон Allegro-FM є результатом синергії штучного інтелекту, матеріалознавства та квантової механіки, спрямованої на вирішення двох глобальних викликів — зміни клімату та зношення інфраструктури. “Ви можете просто помістити CO2 всередину бетону, і тоді вийде вуглецево-нейтральний бетон”, — пояснює професор Айічіро Накано. Завдяки вбудовуванню CO? створюється карбонатний шар, який зміцнює матеріал, подовжуючи його термін експлуатації понад сучасні 100 років.
Модель Allegro-FM, що використовує методи машинного навчання, може моделювати понад 4 мільярди атомів одночасно, охоплюючи 89 хімічних елементів. Раніше такі моделювання потребували складних рівнянь для кожного елемента, але тепер ШІ дозволяє створювати єдину уніфіковану модель. “ШІ може досягти квантово-механічної точності з набагато меншими обчислювальними ресурсами”, — зазначає Накано, підкреслюючи перевагу нової технології у швидкості та масштабованості.
Allegro-FM дозволяє віртуально тестувати хімічні склади бетону, що економить кошти та час, ідеально готуючи матеріал до реального застосування. Бетон — складна суміш фаз, елементів і інтерфейсів, але новий підхід дає змогу моделювати його механічні та структурні властивості на атомному рівні. “Ми можемо змоделювати не лише кварцове скло, а й складніші матеріали, зокрема бетон з CO2”, — пояснює професор Кен-Ічі Номура.
Розробка стала відповіддю на кліматичні катастрофи, зокрема січневі пожежі в Лос-Анджелесі, які підштовхнули дослідників до пошуку вогнестійкого та стійкого до зносу матеріалу. Allegro-FM демонструє 97,5% ефективності при моделюванні на суперкомп’ютері Aurora, перевершуючи попередні методи у тисячі разів. Це відкриває перспективу масового застосування бетону, який не тільки зменшує викиди CO2, а й сприяє його зберіганню — процесу, відомому як секвестрація.
Дослідження також має ширше значення: розуміння поведінки атомів дозволяє прогнозувати нові матеріали не лише для будівництва, а й для медицини, енергетики, хімії. Універсальна модель взаємодії атомів вперше дозволяє вийти за межі окремих матеріалів. “Це відкриває нову еру в матеріальному дизайні”, — підсумовують дослідники, вказуючи на потенціал побудови інфраструктури, що не лише стоїть віками, а й активно бореться зі зміною клімату.