I ricercatori del MIT hanno addestrato una Intelligenza Artificiale a riconoscere i sottoprodotti ideali in grado di sostituire il cemento nella produzione del calcestruzzo, senza compromettere lavorabilità e resistenza
Cemento riciclato, prodotto con l’acqua di mare, bioricettivo, sostituito da ceneri volatili, da scorie industriali o lolla di riso, le ricette per produrre un calcestruzzo più ecologico non mancano. Oltre alle alte temperature necessarie per attivare il processo infatti, gran parte dell’impatto ambientale di questo materiale è proprio dovuto al cemento. Una responsabilità climatica non trascurabile dato che rappresenta la quarta maggior fonte di emissioni di gas serra al mondo dopo intere nazioni quali Cina, Stati Uniti e India. Insomma la miscela green perfetta esiste, il problema è individuarla in mezzo alle migliaia esistenti.
E’ per rispondere a questa domanda che un team guidato dal Concrete Sustainability Hub (CSHub) del MIT ha deciso di rivolgersi all’Intelligenza Artificiale.
La ricetta perfetta del calcestruzzo ecologico
La crescita di calcestruzzo ecologico ha fatto aumentare esponenzialmente la richiesta di questi sottoprodotti capaci di ridurne il peso emissivo, al punto che la domanda ha superato l’offerta. E se elaborare migliaia di dati in tempo reale per trovare la miscela perfetta, è impossibile per un essere umano, potrebbe diventare un gioco da ragazzi per l’IA, a patto di addestrare adeguatamente.
Ad elaborare il prompt perfetto ha pensato il team di ricerca guidato dal professor Soroush Mahjoubi del Concrete Sustainability Hub (CSHub) del MIT.
“Esistono così tanti dati sui potenziali materiali: centinaia di migliaia di pagine di letteratura scientifica. Esaminarli avrebbe richiesto molte vite di lavoro, e nel frattempo sarebbero stati scoperti altri materiali”, ha sottolineato il prof. Mahjoubi. “Ci siamo resi conto che l’intelligenza artificiale era la chiave per andare avanti”.
Utilizzando modelli linguistici di grandi dimensioni, simili ai chatbot che utilizziamo quotidianamente, il team ha creato un framework di apprendimento automatico che valuta e ordina i materiali candidati in base alle loro proprietà fisiche e chimiche.
Addestrare l’IA a riconoscere la reattività idraulica e pozzolanicità
Il primo input sul quale addestrare l’IA per produrre calcestruzzo ecologico è la reattività idraulica del bio-cemento. La malleabilità del cls e la sua resistenza dipendono da questa caratteristica. Limitare la lavorabilità o, peggio ancora, ridurre la resistenza potrebbe anche significare un disastro strutturale.
Il secondo elemento è la pozzolanicità, una reazione chimica attivata dall’idrossido di calcio, che si forma quando il cemento viene a contatto con l’acqua. Il calcestruzzo green ideale è composto da un mix perfettamente equilibrato tra le sostanze idrauliche e pozzolaniche.
19 tipologie di sottoprodotti di cemento green
Analizzando la letteratura scientifica e oltre 1 milione di campioni di roccia, il team ha utilizzato il framework per classificare i materiali candidati in 19 tipologie, che spaziano dalla biomassa ai sottoprodotti minerari fino ai materiali edili da demolizione.
L’esito finale ha portato il team a scoprire che i materiali idonei sono disponibili a livello globale e, cosa ancora più importante, in molti casi possono essere incorporati nelle miscele di calcestruzzo semplicemente macinandoli.
In questo modo è possibile eliminare le emissioni e risparmiare sui costi senza dover ricorrere a lavorazioni aggiuntive.
“Alcuni dei materiali più interessanti che potrebbero sostituire una parte del cemento sono le ceramiche”, osserva Mahjoubi. “Vecchie tegole, mattoni, ceramiche: tutti questi materiali potrebbero avere un’elevata reattività. È qualcosa che abbiamo osservato nel calcestruzzo dell’antica Roma, dove la ceramica veniva aggiunta per contribuire a impermeabilizzare le strutture”.
Il prossimo passo del gruppo di ricerca sarà quello di aggiornare il framework per poter valutare ancora più materiali, convalidando sperimentalmente alcuni dei migliori candidati.
“Il calcestruzzo è la spina dorsale dell’ambiente costruito”, afferma Randolph Kirchain, coautore e direttore di CSHub. “Applicando la scienza dei dati e gli strumenti di intelligenza artificiale alla progettazione dei materiali, speriamo di supportare gli sforzi del settore per costruire in modo più sostenibile, senza compromettere resistenza, sicurezza o durata”.La ricerca “Data-driven material screening of secondary and natural cementitious precursors” condotto con il supporto del Gruppo Olivetti e del MIT Concrete Sustainability Hub è stata pubblicata su Communications Materials.
