Durante semanas, o quadro branco no laboratório estava lotado de rabiscos, diagramas e fórmulas químicas. Uma equipe de pesquisa em todo o grupo Olivetti e o MIT Concrete Sustainability Hub (CSHUB) estava trabalhando intensamente em um problema importante: como podemos reduzir a quantidade de cimento em concreto para economizar em custos e emissões?
A questão certamente não era nova; Materiais como cinzas volantes, um subproduto da produção de carvão e escória, um subproduto da fabricação de aço, são usados há muito tempo para substituir parte do cimento em misturas de concreto. No entanto, a demanda por esses produtos está superando a oferta, pois a indústria procura reduzir seus impactos climáticos, expandindo seu uso, tornando a busca por alternativas urgentes. O desafio que a equipe descobriu não foi a falta de candidatos; O problema era que havia muitos para resolver.
Em 17 de maio, a equipe, liderada por PostDoc Soroush Mahjoubi, publicou um acesso aberto papel na natureza Materiais de comunicação descrevendo sua solução. “Percebemos que a IA era a chave para avançar”, observa Mahjoubi. “Existem tantos dados por aí sobre materiais em potencial – centenas de milhares de páginas de literatura científica. A classificação através deles levaria muitas vidas de trabalho, quando mais materiais teriam sido descobertos!”
Com modelos de idiomas grandes, como os chatbots que muitos de nós usam diariamente, a equipe construiu uma estrutura de aprendizado de máquina que avalia e classifica os materiais candidatos com base em suas propriedades físicas e químicas.
“Primeiro, há reatividade hidráulica. A razão pela qual o concreto é forte é que o cimento – a ‘cola’ que a mantém unida – endurece quando exposta à água. Portanto, se substituirmos essa cola, precisamos garantir que o substituto reaja de maneira semelhante”, explica Mahjoubi. “Segundo, há pozolanicidade. É quando um material reage com o hidróxido de cálcio, um subproduto criado quando o cimento encontra a água, para tornar o concreto mais duro e mais forte ao longo do tempo. Precisamos equilibrar os materiais hidráulicos e pozolânicos na mistura, para que o concreto tenha um desempenho no seu melhor.”
Analisando a literatura científica e mais de 1 milhão de amostras de rocha, a equipe usou a estrutura para classificar os materiais candidatos em 19 tipos, desde a biomassa a subprodutos de mineração e materiais de construção demolidos. Mahjoubi e sua equipe descobriram que materiais adequados estavam disponíveis globalmente – e, mais impressionantemente, muitos poderiam ser incorporados a misturas de concreto apenas moendo -as. Isso significa que é possível extrair emissões e economizar custos sem muito processamento adicional.
“Alguns dos materiais mais interessantes que poderiam substituir uma parte do cimento são a cerâmica”, observa Mahjoubi. “Tels antigos, tijolos, cerâmica – todos esses materiais podem ter alta reatividade. Isso é algo que observamos no concreto romano antigo, onde foram adicionadas cerâmicas para ajudar estruturas à prova d’água. Tive muitas conversas interessantes sobre isso com o professor Admir Masic, que lidera muitos dos antigos estudos de concreto aqui no MIT.”
O potencial de materiais cotidianos, como cerâmica e materiais industriais, como rejeitos de minas, é um exemplo de como materiais como concreto podem ajudar a permitir uma economia circular. Ao identificar e reaproveitar materiais que, de outra forma, acabariam em aterros, pesquisadores e indústria podem ajudar a dar a esses materiais uma segunda vida como parte de nossos edifícios e infraestrutura.
Olhando para o futuro, a equipe de pesquisa planeja atualizar a estrutura para ser capaz de avaliar ainda mais materiais, validando experimentalmente alguns dos melhores candidatos. “As ferramentas de IA chegaram a essa pesquisa em pouco tempo e estamos entusiasmados em ver como os desenvolvimentos mais recentes em grandes modelos de idiomas permitem as próximas etapas”, diz a professora Elsa Olivetti, autora sênior do trabalho e membro do Departamento de Ciência e Engenharia do Departamento de Materiais do MIT. Ela atua como diretora de missão do MIT Climate Project, uma investigadora principal do CSHUB e líder do grupo Olivetti.
“O concreto é a espinha dorsal do ambiente construído”, diz Randolph Kirchain, co-autor e diretor do CSHUB. “Ao aplicar a ciência de dados e as ferramentas de IA ao design de materiais, esperamos apoiar os esforços do setor para construir de maneira mais sustentável, sem comprometer a força, a segurança ou a durabilidade.
Além de Mahjoubi, Olivetti e Kirchain, os co-autores do trabalho incluem o MIT PostDoc Vineeth Venugopal, Ipek Bensu Manav Sm ’21, PhD ’24; e vice -diretor do CSHUB, Hessam Azarijafari.
