Estradas autorreparáveis, feitas de resíduos de biomassa e projetadas usando IA, podem oferecer uma solução para o problema de buracos de £ 143 milhões do país.

Uma equipe interdisciplinar de cientistas do King's College London e da Swansea University, em colaboração com cientistas do Chile, está projetando um novo tipo de asfalto autocurativo que pode consertar suas próprias rachaduras ao longo do tempo, sem exigir manutenção ou intervenção humana.

As rachaduras ocorrem quando o betume (o material preto pegajoso usado na mistura asfáltica) endurece por oxidação, mas os processos exatos por trás disso são desconhecidos. A equipe encontrou uma maneira de reverter as rachaduras e desenvolver métodos para "costurar" o asfalto novamente – construindo estradas mais duráveis e sustentáveis.

Durante a pesquisa, um tipo de IA conhecido como aprendizado de máquina foi usado para estudar moléculas orgânicas em fluidos complexos como betume. A equipe desenvolveu um novo modelo baseado em dados para acelerar simulações atomísticas, avançando a pesquisa sobre oxidação de betume e formação de rachaduras. A equipe também está colaborando com o Google Cloud para simular o comportamento do betume em um computador.

Para tornar o asfalto 'auto-reparador', a equipe incorporou pequenos materiais porosos conhecidos como 'esporos'. Eles são menores que um fio de cabelo e feitos de plantas. Os esporos são preenchidos com óleos reciclados, que são liberados quando o asfalto começa a fraturar . Isso reverte o processo de rachadura.

Os cientistas estão usando cada vez mais materiais reciclados no asfalto para reduzir o uso de combustíveis fósseis e tornar as estradas mais sustentáveis.

Em experimentos de laboratório, esse material asfáltico avançado demonstrou curar completamente uma “microfissura” em sua superfície em menos de uma hora.

Os buracos são um problema substancial na Inglaterra e no País de Gales, onde £ 143,5 milhões são gastos anualmente para preenchê-los, com uma estimativa de £ 16,3 bilhões necessários para deixar as estradas em boas condições (pesquisa ALARM ).

Dr. Francisco Martin-Martinez , especialista em Química Computacional no King's College London, disse: “Em nossa pesquisa, queremos imitar as propriedades de cura observadas na natureza. Por exemplo, quando uma árvore ou animal é cortado, seus ferimentos naturalmente cicatrizam ao longo do tempo, usando sua própria biologia. Criar asfalto que pode se curar aumentará a durabilidade das estradas e reduzirá a necessidade de pessoas taparem buracos.

“Também estamos usando materiais sustentáveis em nosso novo asfalto, incluindo resíduos de biomassa. Isso reduzirá nossa dependência de petróleo e recursos naturais. Resíduos de biomassa estão disponíveis localmente e em todos os lugares, e são baratos. Produzir materiais de infraestrutura a partir de recursos locais, como resíduos, reduz a dependência da disponibilidade de petróleo, o que ajuda as áreas do mundo que têm acesso limitado ao asfalto à base de petróleo.”

Dr. José Norambuena-Contreras com o novo material asfáltico

O Dr. Jose Norambuena-Contreras , especialista em Asfalto Autocicatrizante na Swansea University, disse: "Em nosso estudo interdisciplinar, estamos reunindo especialistas em engenharia civil, química e ciência da computação para investigar as propriedades autocicatrizantes de um betume modificado. Ao combinar esse conhecimento com as ferramentas de IA de última geração do Google Cloud, buscamos aprimorar nossa compreensão das capacidades de cura do betume por meio de uma abordagem de design molecular de baixo para cima.

“Estamos orgulhosos de estar avançando no desenvolvimento de asfalto auto-regenerativo usando resíduos de biomassa e inteligência artificial. Essa abordagem posiciona nossa pesquisa na vanguarda da inovação em infraestrutura sustentável, contribuindo para o desenvolvimento de estradas net-zero com durabilidade aprimorada."

Iain Burgess, líder do setor público do UKI no Google Cloud, acrescentou: “Trabalhamos pela primeira vez com o Dr. Francisco Martin-Martinez quando ele se juntou ao Google Cloud Research Innovators Programme em 2022, fornecendo a ele acesso a especialistas do Google, recursos técnicos e treinamento para dar suporte à sua pesquisa. Agora, é inspirador ver como as equipes do Swansea e do King's College London estão desbloqueando o poder das ferramentas baseadas em nuvem e de IA, incluindo Gemini e Vertex AI, para conduzir processos mais eficientes e descobrir propriedades químicas.”

Embora ainda em desenvolvimento e a ser publicada, essa inovação tem enorme potencial para melhorar a infraestrutura e promover a sustentabilidade em todo o mundo.

O setor rodoviário prioriza cada vez mais a redução de carbono para dar suporte à meta do governo do Reino Unido de atingir emissões líquidas zero até 2050. Uma parcela substancial das emissões de carbono das estradas está ligada à produção de asfalto. Consequentemente, o avanço de materiais betuminosos inovadores para atingir metas líquidas zero para estradas de asfalto se tornou uma prioridade de pesquisa fundamental para o governo do Reino Unido.