Tạo ra vật liệu thông minh giúp đường cao tốc có thể 'tự sửa chữa' khi hư hỏng

Theo thông tin trên tờ Scitech Daily, 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 về thời điểm chúng cần sửa chữa. Trong trường hợp các con đường cao tốc hay cầu bị hỏng, những loại vật liệu thông minh cấu tạo nên chúng sẽ "tự sửa chữa" và giúp chúng trở lại hình dạng nguyên vẹn.

Vào năm 2019, nhóm của Giáo sư Luna Lu đã 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.

Giáo sư Luna Lu đến từ Đại học Purdue (Mỹ).

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 (một dạng bê tông thông minh) 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 cũng 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.

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.

Hình ảnh khối bê tông bị nứt vỡ (trái) đang được phục hồi, dần trở lại trạng thái bình thường (phải). 

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. Cơ sở hạ tầng thông minh là một lĩnh vực còn mới. Thông qua quan hệ đối tác với các trường đại học khác, chúng tôi 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", Giáo sư Lu cho hay.

Bảo Lâm