Ngành công nghiệp xây dựng đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế toàn cầu nhưng cũng là nguồn phát thải khí nhà kính đáng kể, với sản xuất xi măng và bê tông chiếm khoảng 8% tổng lượng CO2 toàn cầu. Việc phát triển các loại bê tông bền vững, có khả năng hấp thụ CO2 và duy trì độ bền trong hàng thế kỷ là một ưu tiên cấp bách. Mô hình trí tuệ nhân tạo (AI) Allegro-FM, được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Southern California (USC), đại diện cho một bước tiến mang tính cách mạng trong khoa học vật liệu. Bằng cách mô phỏng hành vi của hàng tỷ nguyên tử, Allegro-FM mở ra triển vọng tạo ra bê tông thông minh, trung hòa carbon, góp phần giảm thiểu tác động môi trường của ngành xây dựng.

Khả năng mô phỏng vượt trội của Allegro-FM

Allegro-FM, do Giáo sư Aiichiro Nakano và Ken-Ichi Nomura tại Trường Kỹ thuật USC Viterbi phát triển, là một mô hình AI sử dụng kiến trúc mạng nơ-ron equivariant E(3) để thực hiện mô phỏng động lực học phân tử ở quy mô exascale. Mô hình này có khả năng mô phỏng đồng thời hơn 4 tỷ nguyên tử với hiệu suất 97,5% trên siêu máy tính Aurora tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne. So với các phương pháp mô phỏng truyền thống chỉ xử lý được hàng nghìn hoặc triệu nguyên tử, Allegro-FM đạt quy mô lớn hơn gần 1.000 lần, cho phép các nhà khoa học thử nghiệm ảo các công thức phân tử mà không cần thực hiện các thí nghiệm thực tế tốn kém.

Khả năng độc đáo của Allegro-FM nằm ở việc dự đoán tương tác nguyên tử mà không phụ thuộc vào các phương trình lượng tử cụ thể cho từng nguyên tố. Thay vào đó, mô hình sử dụng học máy để phân tích tập dữ liệu lớn, đạt được độ chính xác và hiệu quả cao. Theo Giáo sư Nomura: “Chúng tôi giờ đây có thể mô phỏng các thuộc tính cơ học và cấu trúc của bê tông, điều mà trước đây là bất khả thi do tính phức tạp của vật liệu này.”

Ứng dụng trong phát triển bê tông trung hòa carbon

Bê tông hiện đại thường xuống cấp sau khoảng 100 năm do các yếu tố như phân rã cấu trúc hoặc tác động từ môi trường như cháy rừng. Allegro-FM đã chứng minh khả năng tích hợp CO2 thải ra trong quá trình sản xuất xi măng trực tiếp vào bê tông, tạo ra lớp carbonate tăng cường độ bền. Giáo sư Nakano giải thích: “Việc đưa CO2 vào bê tông tạo ra một loại bê tông trung hòa carbon, đồng thời làm cho nó bền chắc hơn.” Kết quả mô phỏng cho thấy loại bê tông này có thể tồn tại hàng trăm năm, thậm chí sánh ngang độ bền của bê tông La Mã cổ đại, vốn đã tồn tại hơn 2.000 năm.

Hơn nữa, bê tông được thiết kế bằng Allegro-FM có khả năng tự gia cố và chống chịu tốt hơn với các điều kiện khắc nghiệt, như cháy rừng, nhờ vào việc tối ưu hóa các thành phần phân tử. Điều này không chỉ cải thiện tuổi thọ của công trình mà còn giảm thiểu nhu cầu sửa chữa hoặc thay thế, góp phần vào xây dựng bền vững.

 Tầm ảnh hưởng và triển vọng tương lai

Ngoài ứng dụng trong bê tông, Allegro-FM có khả năng mô phỏng 89 nguyên tố hóa học, mở ra tiềm năng trong nhiều lĩnh vực như lưu trữ carbon, sản xuất pin, phát triển thuốc và thiết bị y sinh. Nhóm nghiên cứu tại USC đang tiếp tục mở rộng các ứng dụng của mô hình, tập trung vào việc tạo ra các hình học và bề mặt phức tạp hơn để tối ưu hóa vật liệu xây dựng. Các hội nghị quốc tế năm 2025, như Carbon Conscious Concrete Symposium (C3) và Net-Zero Future 2025 Conference, cung cấp nền tảng để thảo luận và chia sẻ các tiến bộ này, thúc đẩy hợp tác giữa học thuật và công nghiệp trong việc giảm phát thải carbon.

Về “NAWM 2025”, không có thông tin cụ thể về hội nghị hoặc tài liệu nào mang tên này trong các nguồn hiện có. Có thể đây là lỗi đánh máy hoặc một sự kiện chưa được ghi nhận. Tuy nhiên, các hội nghị như 2025 International Conference on Civil, Hydropower and Concrete Materials (ICHCM 2025) hoặc Carbon Conscious Concrete Symposium là những sự kiện liên quan trực tiếp đến chủ đề bê tông bền vững và có thể là nơi công bố các nghiên cứu về Allegro-FM.

Mô hình Allegro-FM đánh dấu một bước ngoặt trong nỗ lực phát triển vật liệu xây dựng bền vững, đặc biệt là bê tông trung hòa carbon. Với khả năng mô phỏng quy mô lớn và tính linh hoạt, mô hình này không chỉ cách mạng hóa ngành xây dựng mà còn góp phần vào mục tiêu toàn cầu đạt mức phát thải ròng bằng không vào năm 2050. Các hội nghị quốc tế năm 2025 sẽ là cơ hội để lan tỏa những tiến bộ này, thúc đẩy hợp tác và đổi mới trong lĩnh vực khoa học vật liệu.

P.A (NASTIS), theo Interesting Engineering, 7/2025