Είναι ανθεκτικό, εύκολο στην κατασκευή του και οικονομικό, για αυτό το λόγο το σκυρόδεμα χρησιμοποιείται παγκοσμίως στην κατασκευή κτιρίων σε ποσότητα που αγγίζει τους 30 δισ. τόνους ετησίως.
Η μαζική του χρήση, ωστόσο, έχει σοβαρές επιπτώσεις για το περιβάλλον, καθώς υπολογίζεται ότι η τσιμεντοβιομηχανία παράγει περίπου το 8% των παγκόσμιων εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, ξεπερνώντας ακόμα και εκείνες των αεροσκαφών.
Σε μία προσπάθεια να μειωθούν οι βλαβερές συνέπειες από την παρασκευή του, επιστήμονες από το Ινστιτούτο Paul Scherrer (PSI) στην Ελβετία ανέπτυξαν ένα υπολογιστικό μοντέλο βασισμένο στην τεχνητή νοημοσύνη που βοηθά στην αναζήτηση νέων υλικών για τη σύνθεση σκυροδέματος με την ίδια ποιότητα και με μικρότερο ανθρακικό αποτύπωμα.
Η ερευνητική ομάδα στο Εργαστήριο Διαχείρισης Αποβλήτων στο Κέντρο Πυρηνικής Μηχανικής και Επιστημών του PSI δε βασίστηκε σε χρονοβόρα πειράματα, αλλά με το μοντέλο ΑΙ δόθηκε η δυνατότητα για βελτιστοποίηση της σύνθεσης τσιμέντου ώστε να παραχθεί λιγότερο διοξείδιο του άνθρακα, διατηρώντας παράλληλα την ίδια απόδοση.
Όπως αναφέρει η έκθεση που δημοσιεύθηκε στο Materials and Structures «οι παραδοσιακές προσεγγίσεις για την εύρεση κατάλληλων, πιο βιώσιμων μειγμάτων σκυροδέματος περιλαμβάνουν την εξέλιξη τυποποιημένων και μακροχρόνιων πρακτικών εργασίας, μεθόδων δοκιμής και σφάλματος και κρίσης εμπειρογνωμόνων που αποκτάται στο εργαστήριο και στο πεδίο. Πρόσφατα, οι προσεγγίσεις που βασίζονται σε δεδομένα, η Τεχνητή Νοημοσύνη (AI) και ειδικότερα η Μηχανική Μάθηση (ML) έχουν χρησιμοποιηθεί με επιτυχία για τον σχεδιασμό μείγματος σκυροδέματος».
Η επικεφαλής της μελέτης, Ρομάνα Μπόιζερ, εξήγησε ότι οι χιλιάδες παραλλαγές στο εργαστήριο αντικαταστάθηκαν με «το μοντέλο μας για να δημιουργήσουμε πρακτικές προτάσεις συνταγών μέσα σε δευτερόλεπτα. Είναι σαν να έχουμε ένα ψηφιακό βιβλίο μαγειρικής για τσιμέντο φιλικό προς το περιβάλλον».
Με τη σειρά του ο Τζον Πρόβις, επικεφαλής της Ομάδας Έρευνας Συστημάτων Τσιμέντου στο PSI και συν-συγγραφέας της μελέτης, δήλωσε ότι αυτό που χρειάζεται «είναι ο σωστός συνδυασμός υλικών που διατίθενται σε μεγάλες ποσότητες και από τα οποία μπορεί να παραχθεί τσιμέντο υψηλής ποιότητας και αξιόπιστο».
Εντούτοις, η εύρεση τέτοιων συνδυασμών είναι δύσκολη, καθώς όπως εξήγησε ο Πρόβις, στο σκυρόδεμα χρησιμοποιείται νερό, τσιμέντο και χαλίκι, επομένως η μοντελοποίηση της διαδικασίας αυτής είναι πολύπλοκη και απαιτητική για αυτό το λόγο η ομάδα βασίστηκε στην τεχνητή νοημοσύνη.
Με την καινοτόμο προσέγγισή τους οι ερευνητές κατάφεραν να φιλτράρουν τις συνθέσεις τσιμέντου που θα μπορούσαν να πληρούν τα επιθυμητά κριτήρια. «Το εύρος των δυνατοτήτων για τη σύνθεση του υλικού – η οποία τελικά καθορίζει τις τελικές ιδιότητες – είναι εξαιρετικά τεράστιο», είπε ο Νικόλαος Πρασιανάκης, επικεφαλής της Ομάδας Έρευνας Μηχανισμών Μεταφοράς στο PSI, ο οποίος ήταν ο εμπνευστής και συν-συγγραφέας της μελέτης. «Η μέθοδός μας μας επιτρέπει να επιταχύνουμε σημαντικά τον κύκλο ανάπτυξης επιλέγοντας πολλά υποσχόμενους υποψηφίους για περαιτέρω πειραματική διερεύνηση».
Συνδυάζοντας αυτά τα αποτελέσματα με δεδομένα από δοκιμές και μηχανικά μοντέλα, οι ερευνητές μπόρεσαν να αναπτύξουν έναν αξιόπιστο δείκτη για τις μηχανικές ιδιότητες και για την ποιότητα του υλικού του σκυροδέματος. Επιπλέον, για κάθε υλικό που χρησιμοποιήθηκε, εφαρμόστηκε και ο αντίστοιχος συντελεστής CO₂, ώστε να προσδιοριστούν οι συνολικές εκπομπές.
Ανάμεσα στις συνθέσεις που διερεύνησαν οι ειδικοί, υπάρχουν ήδη κάποιες που μπορεί να λειτουργήσουν, με τον Πρόβις να αναφέρει ότι για κάποιες από αυτές υπάρχουν πραγματικές δυνατότητες όχι μόνο για τη μείωση του διοξειδίου του άνθρακα, αλλά για την ποιότητα, και την πρακτική εφαρμογή στην παραγωγή του σκυροδέματος.
Βέβαια, οι «συνταγές» πρέπει να δοκιμαστούν στο εργαστήριο, με τον Νικόλαο Πρασιανάκη να τονίζει χαριτολογώντας ότι «δεν πρόκειται να κατασκευάσουμε αμέσως έναν πύργο με αυτές χωρίς να τις δοκιμάσουμε πρώτα».
