Một nhóm khoa học tại Đại học Southern California (USC) vừa giới thiệu mô hình trí tuệ nhân tạo mang tên Allegro-FM, có khả năng mô phỏng hành vi tương tác giữa hàng tỷ nguyên tử cùng lúc. Đây được xem là bước đột phá trong lĩnh vực vật liệu xây dựng khi AI này hỗ trợ tạo ra loại bê tông thông minh có thể tự hấp thụ khí CO₂ và duy trì độ bền vững trong hàng trăm năm.
Hai nhà nghiên cứu chủ chốt, giáo sư Aiichiro Nakano và Ken-Ichi Nomura từ Trường Kỹ thuật USC Viterbi, đã thiết kế công cụ này để thử nghiệm ảo hàng loạt công thức bê tông mà không cần thực hiện các quy trình tốn kém trong phòng thí nghiệm. Bằng cách mô phỏng chi tiết ở cấp độ nguyên tử, Allegro-FM giúp xác định các công thức bê tông có khả năng tự gia cố và lưu trữ carbon hiệu quả, hướng đến mục tiêu trung hòa khí thải trong ngành công nghiệp xi măng – một trong những ngành phát thải CO₂ nhiều nhất hiện nay.
Thay vì cần hàng tháng nghiên cứu thủ công, Allegro-FM cho phép rút ngắn đáng kể thời gian phát triển vật liệu mới. Mô hình đã được triển khai trên siêu máy tính Aurora tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne, giúp thực hiện các mô phỏng có quy mô lớn gấp gần 1.000 lần các công cụ truyền thống. Kết quả nghiên cứu được công bố vào ngày 20/7 trên tạp chí Physical Chemistry Letters.
Theo giáo sư Nomura, trước đây các nhà khoa học gặp khó khăn khi mô phỏng vật liệu phức tạp như bê tông – vốn chứa nhiều nguyên tố, giai đoạn hóa học và cấu trúc vi mô khác nhau. Nhưng giờ đây, Allegro-FM cho phép mô hình hóa toàn diện đặc tính cơ học và cấu trúc bê tông, bao gồm khả năng chống cháy và chống phân rã theo thời gian.
Một trong những phát hiện đáng chú ý là khi tích hợp CO₂ vào bê tông, quá trình này hình thành lớp carbonate giúp tăng cường độ bền cho vật liệu – tương tự cơ chế tự phục hồi được cho là nguyên nhân khiến bê tông La Mã cổ đại vẫn tồn tại sau hàng ngàn năm.
Điểm đặc biệt của Allegro-FM nằm ở khả năng dự đoán hành vi nguyên tử mà không cần phương trình mô tả riêng biệt cho từng nguyên tố. Công nghệ này có thể xử lý tới 89 nguyên tố khác nhau, mở ra tiềm năng ứng dụng không chỉ trong ngành xây dựng mà còn ở các lĩnh vực như phát triển pin, lưu trữ carbon, chế tạo thiết bị y sinh hay nghiên cứu dược phẩm.
Tuy nhiên, trong giai đoạn hiện tại, nhóm nghiên cứu ưu tiên phát triển vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường. Mục tiêu sắp tới là thiết kế các loại bê tông có hình học phức tạp và bề mặt tối ưu hơn, tiến thêm một bước trong cuộc cách mạng công nghệ vật liệu.
