دنیای نفت و قیر: پژوهشگران موفق به تولید نوعی آسفالت پیشرفته شده‌اند که می‌تواند ترک‌های خود را ترمیم کند و به‌طور بالقوه مشکل پرهزینه چاله‌های جاده‌ای در بریتانیا را که سالانه ۱۴۳.۵ میلیون پوند هزینه دارد، برطرف سازد. این آسفالت نوآورانه از ضایعات زیست‌توده ساخته شده و با کمک هوش مصنوعی (AI) طراحی شده است.
Swansea University، King’s College London و گروهی از دانشمندان شیلیایی در حال همکاری برای توسعه این نوع جدید از آسفالت هستند که نیاز به تعمیرات دستی را از بین برده و به‌صورت خودکار آسیب‌ها را ترمیم می‌کند. تخریب آسفالت زمانی رخ می‌دهد که قیر—ماده سیاه و چسبنده‌ای که در ترکیب آسفالت وجود دارد—بر اثر اکسیداسیون سخت شده و شکننده می‌شود. با این حال، مکانیسم دقیق این فرآیند هنوز به‌طور کامل شناخته نشده است.
این تیم تحقیقاتی راهکاری برای معکوس کردن این فرآیند و «بافتن» مجدد آسفالت ارائه کرده است که موجب افزایش دوام و پایداری آن می‌شود. با استفاده از یادگیری ماشین، شاخه‌ای از AI، پژوهشگران ترکیبات آلی موجود در مواد پیچیده‌ای مانند قیر را بررسی کردند. نتیجه این مطالعات، توسعه یک مدل داده‌محور پیشرفته بود که به شبیه‌سازی‌های اتمی سرعت بخشیده و درک بهتری از اکسیداسیون قیر و چگونگی ایجاد ترک‌ها ارائه می‌دهد. این گروه همچنین با Google Cloud همکاری کرده‌اند تا رفتار قیر را از طریق شبیه‌سازی‌های کامپیوتری مطالعه کنند.
برای ایجاد خاصیت خودترمیمی، پژوهشگران ساختارهای میکروسکوپی متخلخل به نام spore را در ترکیب آسفالت گنجانده‌اند. این sporeها که توسط گیاهان تولید می‌شوند و از یک تار مو نازک‌ترند، با روغن‌های بازیافتی پر شده‌اند. وقتی ترک‌ها در آسفالت ظاهر می‌شوند، این روغن‌ها آزاد شده و روند آسیب را معکوس می‌کنند. آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان داده‌اند که این ماده پیشرفته می‌تواند در کمتر از یک ساعت، یک ترک سطحی را به‌طور کامل ترمیم کند.
Dr. José Norambuena-Contreras، پژوهشگر برجسته در حوزه آسفالت خودترمیم‌شونده و استاد ارشد Swansea University در دپارتمان مهندسی عمران، درباره این پروژه گفت:
“پروژه ما متخصصانی از مهندسی عمران، شیمی و علوم کامپیوتر را گرد هم آورده و این دانش را با ابزارهای هوش مصنوعی Google Cloud ترکیب کرده است. این تحقیق، مرزهای زیرساخت‌های پایدار را گسترش داده و راه را برای جاده‌هایی با دوام بالا و بدون تولید کربن هموار می‌کند.”
تولید آسفالت سهم قابل توجهی در انتشار کربن مرتبط با جاده‌ها دارد. با توجه به اینکه بخش حمل‌ونقل در حال افزایش تمرکز خود بر کاهش ردپای کربنی برای همسویی با هدف دولت بریتانیا در رسیدن به انتشار خالص صفر (Net-Zero Emissions) تا سال ۲۰۵۰ است، توسعه مواد نوآورانه مبتنی بر قیر به یک حوزه تحقیقاتی کلیدی تبدیل شده است.
Dr. Norambuena-Contreras همچنین بر لزوم سرمایه‌گذاری‌های راهبردی تأکید کرد:
“برای حرکت به سمت جاده‌های بدون انتشار کربن، دولت بریتانیا و بخش خصوصی باید از تحقیقات پیشگامانه حمایت کنند. دستیابی به این هدف تا سال ۲۰۵۰ تنها از طریق همکاری نزدیک میان دانشگاه‌ها، سیاست‌گذاران و بخش صنعت امکان‌پذیر خواهد بود.”
اگرچه این تحقیق هنوز در مرحله توسعه قرار دارد، اما پتانسیل بالایی برای تحول در زیرساخت‌ها و پیشبرد پایداری در سراسر جهان دارد.
Dr. Francisco Martin-Martinez، متخصص شیمی محاسباتی در King’s College London، درباره رویکرد این پروژه توضیح داد:
“در طبیعت، موجودات زنده خود را ترمیم می‌کنند—درختان زخم‌هایشان را می‌بندند و حیوانات پس از جراحت بهبود می‌یابند. هدف ما این است که این فرآیندهای زیستی را در آسفالت بازآفرینی کنیم تا طول عمر جاده‌ها افزایش یابد و نیاز به تعمیرات دستی کاهش پیدا کند.
“علاوه بر این، ما در آسفالت جدید از مواد پایدار مانند ضایعات زیست‌توده استفاده می‌کنیم تا وابستگی به مشتقات نفتی را کاهش دهیم. ضایعات زیست‌توده در همه جا در دسترس، ارزان و محلی است، بنابراین جایگزین مناسبی برای ترکیبات رایج آسفالت محسوب می‌شود. کاهش وابستگی به منابع نفتی، به‌ویژه برای مناطقی که دسترسی محدودی به آسفالت‌های نفت‌محور دارند، بسیار مفید خواهد بود.”
Iain Burgess، مدیر بخش عمومی Google Cloud UKI، نوآوری این تیم در استفاده از ابزارهای مبتنی بر هوش مصنوعی را تحسین کرد:
“Dr. Francisco Martin-Martinez در سال ۲۰۲۲ به برنامه Google Cloud Research Innovators پیوست و در این مسیر، از تخصص، منابع فنی و آموزش‌های Google بهره‌مند شد. حالا شاهد هستیم که تیم‌های Swansea و King’s College London از مدل‌های AI مانند Gemini و Vertex AI برای بهینه‌سازی فرآیندهای تحقیقاتی و کشف ویژگی‌های شیمیایی جدید استفاده می‌کنند.”
علاوه بر توسعه آسفالت حاوی راه‌حل‌های زیستی کپسوله‌شده، Dr. Norambuena-Contreras در حال تحقیق روی استفاده از بیوپلیمرهای استخراج‌شده از جلبک قهوه‌ای و روغن‌های گیاهی است. تیم او همچنین فرآیندهای تبدیل حرارتی تایرهای فرسوده به عوامل جوان‌ساز را بررسی می‌کند تا دوام آسفالت را بهبود بخشد.
