
想像在未來,建築物不僅能抵抗時間的考驗,還能主動對抗氣候變化?南加州大學(University of Southern California)的研究人員最近開發了一個名為 Allegro-FM 的強大人工智慧模型,能夠同時模擬超過 40 億個原子,這一突破性技術使得設計下一代混凝土成為可能,這種混凝土不僅能捕捉二氧化碳,還可能持續數世紀,甚至有望與古羅馬結構的耐久性相媲美。
南加州大學維特比工程學院(USC Viterbi School of Engineering)的科學家們介紹這一革命性的人工智慧模型,該模型能夠在模擬中同時處理數十億個原子,這為材料設計開啟新時代,讓在以往認為不可能的規模上進行發現成為現實。隨著氣候變化的加劇,乾旱、冰川融化以及日益嚴重的風暴和野火頻繁發生,二氧化碳的穩定釋放成為全球變暖的主要因素。
在目睹洛杉磯1月的毀滅性野火後,維特比工程學院教授中野愛一郎(Aiichiro Nakano)開始重新思考科學如何能夠提供幫助。他與長期研究合作夥伴化學工程與材料科學專家野村健一(Ken-Ichi Nomura)教授進行深入討論,最終促成Allegro-FM的誕生。這一先進的AI模擬平台在理論研究中顯示出一個驚人的可能性:透過將二氧化碳重新嵌入混凝土中,或許可以在混凝土生產過程中重新吸收釋放的二氧化碳。
中野教授表示:「你可以將二氧化碳放入混凝土中,這樣就能製造出碳中和的混凝土。」這一研究團隊還包括化學工程與材料科學教授Priya Vashishta和物理與天文學教授Rajiv Kalia,他們一直在研究二氧化碳捕集的過程,這是一個挑戰性的任務。
Allegro-FM的突破在於其可擴展性。傳統的分子模擬方法僅限於數千或數百萬個原子的系統,而Allegro-FM在美國阿根廷國家實驗室的Aurora超級電腦上模擬超過40億個原子時,顯示出97.5%的效率,這代表著其計算能力約為傳統方法的1,000倍。該模型涵蓋了89種化學元素,能夠預測從水泥化學到碳封存的分子行為。
混凝土是一種耐火材料,這使其在1月的野火後成為理想的建築選擇。然而,混凝土的生產也是二氧化碳的主要排放源,這在洛杉磯這樣的城市中尤為令人擔憂。Allegro-FM的模擬顯示,這種新型混凝土是碳中和的,成為比其他混凝土更好的選擇。
這一突破不僅解決了一個問題。現代混凝土的平均壽命約為100年,而古羅馬混凝土的壽命超過2,000年。中野教授指出:「如果你將二氧化碳放入混凝土中,所謂的『碳酸鹽層』會使其變得更堅固。」換句話說,Allegro-FM能夠模擬出一種碳中和的混凝土,這種混凝土的壽命也可能遠超現代混凝土的100年壽命。
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(首圖來源:AI生成)