Investigadores de la Escuela de Ingeniería de la USC Viterbi están a punto de ser un progreso importante en la ciencia material que podría transformar el futuro de la producción concreta. Se ha desarrollado un nuevo modelo de inteligencia artificial llamado Allegro-FM para simular el comportamiento de miles de millones de átomos al mismo tiempo, de modo que el concreto no solo puede soportar los elementos, sino también para tener propiedades de autodesación e incluso atrapar dióxido de carbono de la atmósfera.
Esta iniciativa se deriva de las preocupaciones sobre el cambio climático, porque el aumento de las temperaturas, las sequías y los incendios forestales se han vuelto alarmantes en todo el mundo. Un factor crítico en estos desafíos es la considerable cantidad de dióxido de carbono que se emite durante la producción de concreto, lo que es bueno para aproximadamente el 8% de las emisiones globales de CO2. El esfuerzo de cooperación bajo el liderazgo de Aiichiro Nakano, profesor de informática, física y biología cuantitativa y computacional, además de Ken-Ichi Nomura, profesor en la práctica de la ingeniería química y las ciencias materiales, quiere definir el concreto como material neutral de carbono.
La capacidad innovadora de Allegro-FM radica en la capacidad de realizar simulaciones a gran escala. Las técnicas tradicionales de simulación molecular generalmente se limitan a miles o millones de átomos, mientras que Allegro-FM ha simulado con éxito más de cuatro mil millones de átomos con una eficiencia impresionante de 97.5% en el aurora-supercomputadora, un logro que proporciona un aumento de mil veces en la capacidad computacional. Esto permite a los investigadores explorar varias químicas concretas, de modo que el proceso de desarrollo de materiales sostenibles se acelere considerablemente.
El concreto se aprecia tradicionalmente por sus propiedades resistentes al fuego, que se han vuelto importantes a la luz de los recientes incendios forestales. Sin embargo, su producción es conocida por inmensas emisiones de CO2. Las simulaciones de Allegro-FM han demostrado el potencial para producir concreto neutral en carbono mediante la reparación de dióxido de carbono durante el proceso de producción. Esta innovación sugiere que no solo el concreto puede servir como material de construcción, sino que también podría ayudar a garantizar el carbono, para que contribuya positivamente al medio ambiente.
Además, la investigación indica que la integración de CO2 en concreto podría mejorar su sostenibilidad, lo que hace posible extender la vida útil de las estructuras de concreto modernas que el promedio actual de 100 años para competir con el del antiguo concreto romano, que duró más de dos milenios. Se predice que la adición de una capa de carbonato formada por inserción de CO2 refuerza el material.
El desarrollo de este modelo de IA ha reiniciado métodos tradicionales. Anteriormente, los investigadores necesitaban formulaciones matemáticas detalladas para simular el comportamiento atómico. Ahora, utilizando el aprendizaje automático, los científicos pueden generar conjuntos de capacitación que permitan que el modelo predice las interacciones atómicas mucho más rápido y con precisión. Este salto en la eficiencia permite a los investigadores realizar simulaciones con una amplia gama de elementos sin la difícil necesidad de comparaciones individuales.
Nomura y Nakano han expresado su dedicación para promover esta investigación, destinada a explorar geometrías e interacciones superficiales más complejas en diseño de concreto. Su trabajo no solo enfatiza una solución para los desafíos inmediatos del cambio climático, sino también una forma potencialmente revolucionaria de reconsiderar uno de los materiales de construcción más omnipresentes de los humanos. Las implicaciones de este estudio se extienden más allá de concreto, porque la tecnología podría liberar el camino para aplicaciones innovadoras en diversos campos científicos.
