السبت 18 يوليو 2026
مستقبل البناء: خرسانة ذكية تُصمم بذكاء اصطناعي وتلتقط الكربون
باستخدام الذكاء الاصطناعي، باحثون يطوّرون نموذجًا يحاكي تفاعل الذرات لتصميم خرسانة تلتقط الكربون وتقلل الانبعاثات
خرسانة ذكية مقاومة للكوارث... ومحبّة للبيئة
أطلق فريق بحثي من جامعة جنوب كاليفورنيا نموذج Allegro-FM، أداة ذكاء اصطناعي ثورية تُحاكي تفاعل الذرات لبناء خرسانة ذكية تحتجز ثاني أكسيد الكربون. النموذج يُحدث تحولًا في صناعة مواد البناء بتقليل الانبعاثات الكربونية، تعزيز المتانة الذاتية، ومقاومة الحرائق. باستخدام الحوسبة الفائقة، يقدم هذا الابتكار بديلاً مستدامًا عن الخرسانة التقليدية، ويمهّد لمرحلة جديدة من البنية التحتية الصديقة للبيئة.
نموذج ذكاء اصطناعي ثوري يفتح آفاقًا جديدة لصناعة الخرسانة الكربونية المحايدة
في خطوة رائدة نحو تحقيق الاستدامة في قطاع البناء، طوّر باحثون من كلية فيتربي للهندسة بجامعة جنوب كاليفورنيا نموذجًا ذكاءً اصطناعيًا جديدًا يُعرف باسم Allegro-FM، يتيح محاكاة سلوك مليارات الذرات في وقت واحد. وقد نُشرت نتائج هذا الإنجاز العلمي مؤخرًا في The Journal of Physical Chemistry Letters، ويمهد الطريق لتصميم خرسانة ذكية قادرة على احتجاز الكربون وتُعد صديقة للبيئة ومقاومة للكوارث الطبيعية.
محاكاة الذرات لإنشاء خرسانة تلتقط الكربون وتعزز متانتها ذاتيًا
استلهم البروفيسور آيتشيرو ناكانو فكرة المشروع بعد سلسلة من حرائق الغابات التي ضربت لوس أنجلوس، حيث تواصل مع شريكه البحثي البروفيسور كين-إيتشي نومورا لإيجاد حل مستدام لمشاكل التغير المناخي المرتبطة بصناعة الخرسانة. وأسفر التعاون بينهما عن تطوير نموذج Allegro-FM، الذي أتاح التنبؤ بآلية جديدة لدمج ثاني أكسيد الكربون داخل بنية الخرسانة. ووفقًا لناكانو، فإن هذه التقنية تتيح تحويل الخرسانة من مصدر لانبعاثات الكربون إلى وسيلة لاحتجازه داخل المادة نفسها، مما يفتح آفاقًا لصناعة خرسانة "محايدة كربونيًا" للمرة الأولى.
خفض الانبعاثات العالمية من خلال نماذج ذكاء اصطناعي فائقة الدقة
تشير البيانات إلى أن صناعة الخرسانة مسؤولة عن نحو 8% من الانبعاثات العالمية لثاني أكسيد الكربون، ما يجعل تطوير بدائل منخفضة الكربون أمرًا ضروريًا لمواجهة التغير المناخي. وقد تمكّن نموذج Allegro-FM من إجراء محاكاة كيميائية متقدمة لتركيبات مختلفة من الخرسانة، دون الحاجة إلى اختبارات فيزيائية مكلفة أو تستغرق سنوات. النموذج حقق كفاءة مذهلة وصلت إلى 97.5% في محاكاة أربعة مليارات ذرة، عبر الحاسوب العملاق Aurora التابع لمختبر أرغون الوطني، ما يجعله أسرع وأكثر دقة من أي نموذج سابق.
الذكاء الاصطناعي يتجاوز الفيزياء الكمية في فهم تفاعل الذرات
في الماضي، كان يتعين على العلماء حل معادلات فيزيائية معقدة لفهم التفاعلات الذرية الدقيقة، وهي عملية بطيئة ومحدودة النطاق. أما الآن، فقد مكّن تعلم الآلة الباحثين من تدريب Allegro-FM على التنبؤ بهذه التفاعلات تلقائيًا عبر البيانات التجريبية. ويوضح نومورا أن هذا النموذج "يتعلم" سلوك الذرات بطريقة شمولية، دون الحاجة إلى اشتقاق معادلات منفصلة لكل عنصر، مما يجعل الذكاء الاصطناعي أداة محورية في هندسة المواد الجديدة.
استخدام ثاني أكسيد الكربون لإطالة عمر الخرسانة وتحسين مقاومتها
كشف الفريق البحثي أن إدخال الكربون ضمن البنية المجهرية للخرسانة يمكن أن يُنتج طبقة "كربونات" تُحسّن من قوة المادة وتزيد من متانتها. وهذا الاكتشاف يحمل وعدًا بإطالة عمر الخرسانة الحديثة، التي عادة ما لا تتجاوز 100 عام، مقارنة بالخرسانة الرومانية التي لا تزال قائمة منذ آلاف السنين. ويؤكد ناكانو أن هذه الطبقة تسهم في "تصلب البنية وجعلها أكثر مقاومة للعوامل البيئية".
خرسانة مقاومة للحرائق وتساهم في خفض البصمة الكربونية للبنية التحتية
تشكل مقاومة الخرسانة للحرائق ميزة إضافية تعزز أهميتها في البيئات المعرضة للكوارث، خصوصًا في مناطق مثل كاليفورنيا. ومع قدرة Allegro-FMعلى تقليل الانبعاثات الكربونية إلى الصفر خلال المحاكاة، فإن هذه التقنية توفّر حلاً بيئيًا فعالًا لبناء مدن أكثر أمانًا واستدامة. وشارك في هذا المشروع البروفيسور بريا فاشيشثا والبروفيسور راجيف كاليا، حيث قام الفريق بتوسيع النموذج ليشمل 89 عنصرًا كيميائيًا، ما يسمح باستخدامه في تطبيقات متعددة تتجاوز الخرسانة، مثل الكيمياء الحيوية وتصميم الأدوية وتقنيات احتجاز الكربون.
المرحلة التالية: نماذج محاكاة أكثر تعقيدًا وأقرب إلى الواقع العملي
رغم النتائج الإيجابية الكبيرة، يؤكد الباحثون أن المشروع لا يزال في بداياته. ويخطط الفريق حاليًا لمحاكاة تصاميم هندسية أكثر تعقيدًا تشمل الأسطح غير المستوية والمواد الهجينة. ويوضح نومورا أن Allegro-FM قد يصبح في المستقبل أداة رئيسية ليس فقط في قطاع البناء، بل في كل ما يتعلق بتصميم المواد المستدامة ومعالجة مشكلات المناخ. ومع استمرار التطوير، فإن الذكاء الاصطناعي يتحول من مجرد أداة تحليل إلى محفّز رئيسي للابتكار في البنية التحتية الذكية.
