Mai Nhung
Writer
Các nhà khoa học tại Đại học Southern California (USC) đã sử dụng một mô hình trí tuệ nhân tạo (AI) tiên tiến để thiết kế ra một loại bê tông thông minh, có khả năng tự hấp thụ khí CO2 và bền chắc trong hàng trăm năm. Công cụ AI mang tên Allegro-FM này đang mở ra một hướng đi mới cho ngành vật liệu xây dựng, hứa hẹn tạo ra những công trình bền vững và thân thiện hơn với môi trường.
Thách thức lớn nhất trong việc tạo ra các vật liệu mới là quá trình thử nghiệm tốn kém và mất nhiều thời gian trong phòng thí nghiệm. Để giải quyết vấn đề này, một nhóm nghiên cứu do giáo sư Aiichiro Nakano và Ken-Ichi Nomura dẫn đầu đã phát triển một mô hình trí tuệ nhân tạo (AI) có tên Allegro-FM.
Công cụ này có khả năng mô phỏng hành vi của 4 tỷ nguyên tử cùng một lúc, một quy mô lớn gấp gần 1.000 lần so với các mô hình thông thường. Được chạy trên siêu máy tính Aurora tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne, Allegro-FM cho phép các nhà khoa học có thể thử nghiệm ảo hàng loạt các thành phần phân tử khác nhau, giúp đẩy nhanh quá trình khám phá ra các công thức vật liệu mới.
"Bê tông là một vật liệu rất phức tạp," ông Nomura cho biết. "Trước đây, chúng tôi không có cách nào để mô phỏng các hiện tượng liên quan đến nó. Nhưng bây giờ, chúng tôi có thể sử dụng Allegro-FM để mô phỏng các thuộc tính cơ học và cấu trúc của nó."
Kết quả từ các mô phỏng của Allegro-FM đã hé lộ một loại bê tông mang tính đột phá. Đầu tiên, nó có khả năng trở thành bê tông trung hòa carbon. Các mô phỏng cho thấy có thể thu giữ khí CO₂ thải ra trong quá trình sản xuất xi măng và khóa nó vĩnh viễn vào chính bên trong cấu trúc của bê tông.
Thứ hai, và cũng không kém phần quan trọng, là độ bền hàng trăm năm. Lượng CO₂ được tích hợp vào bên trong sẽ tạo ra một lớp carbonate, giúp tăng cường và làm cho vật liệu trở nên bền chắc hơn. Trong khi bê tông hiện đại thường xuống cấp sau khoảng 100 năm, các nhà nghiên cứu cho biết loại bê tông mới này có thể sánh ngang với độ bền của bê tông La Mã cổ đại, vốn đã tồn tại hàng thiên niên kỷ.
Sự đột phá của Allegro-FM không chỉ dừng lại ở bê tông. Hệ thống này rất linh hoạt và có thể lập mô hình cho 89 nguyên tố hóa học khác nhau. Điều này hứa hẹn sẽ mở ra nhiều ứng dụng trong tương lai, từ việc phát triển các vật liệu lưu trữ carbon, sản xuất pin, cho đến việc phát triển các loại thuốc mới và các thiết bị y sinh.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu vẫn đang tập trung vào việc cách mạng hóa ngành vật liệu xây dựng. Thành công của nghiên cứu này, được công bố trên tạp chí Physical Chemistry Letters, là một minh chứng mạnh mẽ cho thấy AI đang ngày càng trở thành một công cụ không thể thiếu, giúp đẩy nhanh các khám phá khoa học và mang lại những giải pháp cho các vấn-đề-lớn nhất của thế giới.
Allegro-FM: Siêu phòng thí nghiệm "ảo" cho ngành vật liệu
Thách thức lớn nhất trong việc tạo ra các vật liệu mới là quá trình thử nghiệm tốn kém và mất nhiều thời gian trong phòng thí nghiệm. Để giải quyết vấn đề này, một nhóm nghiên cứu do giáo sư Aiichiro Nakano và Ken-Ichi Nomura dẫn đầu đã phát triển một mô hình trí tuệ nhân tạo (AI) có tên Allegro-FM.
Công cụ này có khả năng mô phỏng hành vi của 4 tỷ nguyên tử cùng một lúc, một quy mô lớn gấp gần 1.000 lần so với các mô hình thông thường. Được chạy trên siêu máy tính Aurora tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne, Allegro-FM cho phép các nhà khoa học có thể thử nghiệm ảo hàng loạt các thành phần phân tử khác nhau, giúp đẩy nhanh quá trình khám phá ra các công thức vật liệu mới.
"Bê tông là một vật liệu rất phức tạp," ông Nomura cho biết. "Trước đây, chúng tôi không có cách nào để mô phỏng các hiện tượng liên quan đến nó. Nhưng bây giờ, chúng tôi có thể sử dụng Allegro-FM để mô phỏng các thuộc tính cơ học và cấu trúc của nó."
Bê tông "thông minh": Hút carbon và bền như bê tông La Mã
Kết quả từ các mô phỏng của Allegro-FM đã hé lộ một loại bê tông mang tính đột phá. Đầu tiên, nó có khả năng trở thành bê tông trung hòa carbon. Các mô phỏng cho thấy có thể thu giữ khí CO₂ thải ra trong quá trình sản xuất xi măng và khóa nó vĩnh viễn vào chính bên trong cấu trúc của bê tông.
Thứ hai, và cũng không kém phần quan trọng, là độ bền hàng trăm năm. Lượng CO₂ được tích hợp vào bên trong sẽ tạo ra một lớp carbonate, giúp tăng cường và làm cho vật liệu trở nên bền chắc hơn. Trong khi bê tông hiện đại thường xuống cấp sau khoảng 100 năm, các nhà nghiên cứu cho biết loại bê tông mới này có thể sánh ngang với độ bền của bê tông La Mã cổ đại, vốn đã tồn tại hàng thiên niên kỷ.
Vượt ra ngoài bê tông: Tiềm năng cho tương lai
Sự đột phá của Allegro-FM không chỉ dừng lại ở bê tông. Hệ thống này rất linh hoạt và có thể lập mô hình cho 89 nguyên tố hóa học khác nhau. Điều này hứa hẹn sẽ mở ra nhiều ứng dụng trong tương lai, từ việc phát triển các vật liệu lưu trữ carbon, sản xuất pin, cho đến việc phát triển các loại thuốc mới và các thiết bị y sinh.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu vẫn đang tập trung vào việc cách mạng hóa ngành vật liệu xây dựng. Thành công của nghiên cứu này, được công bố trên tạp chí Physical Chemistry Letters, là một minh chứng mạnh mẽ cho thấy AI đang ngày càng trở thành một công cụ không thể thiếu, giúp đẩy nhanh các khám phá khoa học và mang lại những giải pháp cho các vấn-đề-lớn nhất của thế giới.
