Phòng thí nghiệm của nữ Giáo sư Luna Lu, Đại học Purdue, Mỹ đang phát triển công nghệ cho phép các cây cầu và đường cao tốc lát bê tông thông báo chính xác khi chúng cần sửa chữa và được trang bị các vật liệu đáp ứng việc tự sửa chữa.
Năm 2019, Giáo sư Lu hợp tác với Bộ Giao thông Vận tải bang Indiana, Mỹ để nhúng ba cảm biến mà phòng thí nghiệm của cô phát triển vào đường cao tốc ở đây. Dữ liệu từ các cảm biến đang giúp đề xuất thời gian tốt nhất để mở lưu lượng giao thông và liên tục theo dõi tình trạng của đường. Nhóm của cô Lu đang hợp tác với Cơ quan Quản lý đường cao tốc Liên bang để triển khai các cảm biến này ở những bang khác.
Một thí nghiệm cho thấy bê tông chữa lành vết nứt của chính nó trong vòng 28 ngày. (Ảnh: Đại học Purdue).
Đồng thời, Giáo sư Lu và phòng thí nghiệm của cô đang phát triển phương pháp giúp bê tông có thể tự sửa chữa. Bê tông tự phục hồi sẽ đặc biệt hữu ích trong mùa đông khắc nghiệt. Đối với các con đường ở Trung Tây nước Mỹ, mùa đông làm cho bê tông đóng băng và tan băng theo chu kỳ. Khi nhiệt độ xuống dưới 0 độ C, các phân tử nước trên mặt đường đóng băng và giãn nở, gây ra những vết nứt bê tông trong mùa đông.
Phòng thí nghiệm của Giáo sư Lu đang nghiên cứu các loại vật liệu giống như cát, có độ xốp cao khác nhau được gọi là chất bảo dưỡng nội bộ có thể dùng để trộn vào bê tông. Khi bê tông nứt, các chất rắn này cùng với nước sẽ tạo ra các phản ứng hóa học làm kín vết nứt, chữa lành vết thương cho bê tông. Quá trình tự chữa bệnh cũng ngăn nước thấm vào bê tông và ăn mòn cốt thép.
Giáo sư Luna Lu đang nghiên cứu những phương pháp độc đáo để áp dụng trí thông minh nhân tạo khi xây dựng những cây cầu và đường cao tốc, cho phép chúng sửa chữa những hỏng hóc của chính mình. (Ảnh: Đại học Purdue).
Bằng cách sử dụng các vật liệu tự phục hồi này, chúng ta có thể làm cho cơ sở hạ tầng thích ứng với sự thay đổi nhiệt độ, Giáo sư Lu, một học giả của Hiệp hội vỉa hè bê tông Mỹ về khoa học vật liệu và mặt đường bê tông cho biết.
Giáo sư Lu và các nhà nghiên cứu khác cũng đang suy nghĩ về việc làm thế nào cơ sở hạ tầng thông minh có thể ảnh hưởng và thích ứng với hành vi của con người, định hướng lưu lượng giao thông. Tư duy thông thường khi lưu lượng đông là bổ sung thêm làn đường, nhưng trí tuệ nhân tạo và dữ liệu lớn có thể xác định làn đường được sử dụng và chuyển lưu lượng theo hướng đó. “Chúng tôi đang phát triển công nghệ cho phép kiểm soát lưu lượng tốt hơn mà không cần thêm làn đường nữa”, cô Lu nói.
Cơ sở hạ tầng thông minh là một lĩnh vực còn mới. Thông qua quan hệ đối tác với các trường đại học khác, Giáo sư Lu đang tập hợp các nhà nghiên cứu và các nguồn lực cần thiết để cho phép phát triển loại cơ sở hạ tầng này trên quy mô lớn.
Lu chỉ đạo Trung tâm Cơ sở hạ tầng thông minh, liên kết chuyên môn của các nhà nghiên cứu Purdue trong một số ngành khác nhau bao gồm vật liệu, cảm biến và trí tuệ nhân tạo. Cô cũng đang giúp thành lập tập đoàn cơ sở hạ tầng thông minh đầu tiên ở Trung Tây bằng cách hợp tác với một số sở giao thông nhà nước.