تمتلك المملكة المتحدة أسوأ الطرق من حيث الجودة في أوروبا، وهو ما يكلف البلاد 143.5 مليون جنيه إسترليني (176.1 مليون دولار أميركي) كل عام.
 |
| توصل بحث أجراه باحثون من كلية كينجز لندن وجامعة سوانسي بالتعاون مع علماء في تشيلي إلى حل للحفر- sustainabilitymag |
ملخص:
فريق من الباحثين من جامعة سوانسي وكلية كينجز لندن، بالتعاون مع Google Cloud، طوروا أسفلتًا "ذاتي الإصلاح" يستخدم أبواغ نباتية مملوءة بالزيت لإصلاح التشققات قبل أن تتحول إلى حفر.
عند تعرض سطح الطريق لضغط حركة المرور، يتم تحرير الزيت من الأبواغ ليلتحم مع الأسفلت ويصلح التشققات.
هذا الابتكار يمكن أن يزيد من عمر الطرق بنسبة تصل إلى 30%، مما يقلل من الحاجة إلى الصيانة ويوفر تجربة قيادة أكثر سلاسة للسائقين.
يمكن أن تكون الطرق ذاتية الإصلاح المصنوعة من نفايات الكتلة الحيوية المصممة باستخدام Google Cloud AI بمثابة حل لمشكلة مزعجة وقضية استدامة كبيرة.
ليس هناك الكثير من الأشياء التي يتفق عليها الجميع تقريبًا، ولكن الإزعاج الناتج عن الحفر ربما يكون أحدها.
من الطرق المتضررة بسبب الأمطار الموسمية في آسيا إلى البلدان ذات الظروف الجليدية القاسية، تشكل الحفر مشكلة في جميع أنحاء العالم.
تمتلك المملكة المتحدة أسوأ الطرق من حيث الجودة في أوروبا، وهو ما يكلف البلاد 143.5 مليون جنيه إسترليني (176.1 مليون دولار أميركي) كل عام.
إن الأسفلت ضروري لإصلاح هذه الفجوات، ولكن جزءًا كبيرًا من انبعاثات الكربون من الطرق يرتبط بإنتاج الأسفلت إلى جانب الملوثات مثل أكاسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون والجسيمات الدقيقة.
يقول الدكتور «خوسيه نورامبوينا كونتريراس»، الخبير في الأسفلت ذاتي الإصلاح في جامعة سوانسي: "في دراستنا متعددة التخصصات، نقوم بتجميع خبراء في الهندسة المدنية والكيمياء وعلوم الكمبيوتر للتحقيق في خصائص الشفاء الذاتي للبتومين المعدل".
 |
| الدكتور خوسيه نورامبوينا كونتريراس، خبير في الأسفلت الذي يعالج نفسه في جامعة سوانسي - sustainabilitymag |
"من خلال الجمع بين هذه المعرفة وأدوات الذكاء الاصطناعي الحديثة من Google Cloud ، كنا نهدف إلى تعزيز فهمنا لقدرات البيتومين العلاجية من خلال نهج التصميم الجزيئي من الأسفل إلى الأعلى.
"نحن فخورون بتقدمنا في تطوير الأسفلت الذي يشفى ذاتيًا باستخدام نفايات الكتلة الحيوية والذكاء الاصطناعي. يضع هذا النهج أبحاثنا في طليعة ابتكار البنية التحتية المستدامة، مما يساهم في تطوير طرق خالية من الانبعاثات الكربونية مع تعزيز المتانة."
كيف تتشكل الحفر؟
الأسفلت هو مادة شبه صلبة تعتمد على البترول وتتكون من الكتل والبتومين.
البيتومين هو مادة لزجة ومنتج ثانوي للنفط الخام يتكون في المقام الأول من الكربون والهيدروجين والكبريت.
تحدث الشقوق في الطرق عندما يتصلب البيتومين من خلال الأكسدة، ولكن العمليات الدقيقة وراء ذلك غير معروفة.
 |
| المواد الخام المختلطة مع البيتومين لتكوين الأسفلت هي عادة عبارة عن حجارة مطحونة ورمل وحصى -sustainabilitymag |
تتشكل الحفر عندما يتسرب الماء إلى هذه الشقوق، ويمكن أن تتفاقم عندما يتجمد ويذوب بشكل متكرر.
توصل فريق من الباحثين إلى طريقة لعكس هذا التشقق وتطوير أساليب لربط الأسفلت معًا مرة أخرى.
كيف يمكن للذكاء الاصطناعي المساعدة في التعامل مع الحفر؟
استخدم الباحثون تقنيات التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي لدراسة الجزيئات العضوية في السوائل المعقدة مثل البيتومين.
قام الفريق بإنشاء نموذج يعتمد على البيانات لتسريع عمليات المحاكاة الذرية، وطرق الحساب التي تقوم بنمذجة سلوك المواد من خلال محاكاة التفاعلات بين الذرات الفردية.
وبالإضافة إلى ذلك، يتعاون الفريق مع Google Cloud لمحاكاة سلوك البيتومين على جهاز الكمبيوتر.
يقول الدكتور «فرانسيسكو مارتن مارتينيز»، الخبير في الكيمياء الحاسوبية في كينجز كوليدج لندن: "في بحثنا، نريد محاكاة الخصائص العلاجية التي نلاحظها في الطبيعة. على سبيل المثال، عندما يتم قطع شجرة أو حيوان، فإن جروحه تلتئم بشكل طبيعي بمرور الوقت، باستخدام بيولوجيته الخاصة.
"إن إنشاء الأسفلت القادر على إصلاح نفسه من شأنه أن يزيد من متانة الطرق ويقلل من الحاجة إلى قيام الأشخاص بملء الحفر.
"نحن نستخدم أيضًا مواد مستدامة في الأسفلت الجديد، بما في ذلك نفايات الكتلة الحيوية. وهذا من شأنه أن يقلل من اعتمادنا على البترول والموارد الطبيعية.
 |
| الدكتور فرانسيسكو مارتن مارتينيز، خبير في الكيمياء الحاسوبية في كينجز كوليدج لندن - sustainabilitymag |
"إن نفايات الكتلة الحيوية متوفرة محليًا وفي كل مكان، وهي رخيصة الثمن. إن إنتاج مواد البنية الأساسية من الموارد المحلية مثل النفايات يقلل من الاعتماد على توافر البترول، مما يساعد تلك المناطق من العالم التي لديها قدرة محدودة على الوصول إلى الأسفلت المعتمد على البترول."
ولإنشاء الأسفلت القادر على الشفاء الذاتي، قام الباحثون بدمج مواد مسامية صغيرة تعرف باسم الجراثيم، وهي أصغر من خصلة الشعر ومصنوعة من النباتات.
ثم قاموا بملء هذه الجراثيم بالزيوت المعاد تدويرها والتي يتم إطلاقها عندما يبدأ الأسفلت في التشقق، مما يؤدي إلى عكس عملية التشقق.
وفي التجارب المعملية، أظهرت مادة الأسفلت المتقدمة هذه قدرتها على شفاء "الشقوق الصغيرة" على سطحها بالكامل في أقل من ساعة.
رغم أن هذا البحث لا يزال في مرحلة التطوير ولم ينشر بعد، فإنه قد يقلل من كمية الأسفلت المنتج، وبالتالي الانبعاثات الناجمة عن إنتاجه، من خلال إيقاف الحفر قبل الحاجة إلى ملئها.
يقول «إيان بورجيس»، قائد القطاع العام في المملكة المتحدة وأيرلندا لدى Google Cloud: "لقد عملنا لأول مرة مع الدكتور «فرانسيسكو مارتن مارتينيز» عندما انضم إلى برنامج مبتكري أبحاث Google Cloud في عام 2022، مما أتاح له الوصول إلى خبراء Google والموارد الفنية والتدريب لدعم أبحاثه.
"والآن، من الملهم أن نرى كيف تعمل الفرق في سوانسي وكينغز كوليدج لندن على إطلاق العنان لقوة الأدوات المستندة إلى السحابة والذكاء الاصطناعي، بما في ذلك Gemini وVertex AI، لدفع العمليات الأكثر كفاءة واكتشاف الخصائص الكيميائية."
COMMENTS