道路似乎总是需要维修，普渡大学莱尔斯土木工程学院（Purdue’s Lyles School of Civil Engineering）副教授 Luna Lu 透过“智慧混凝土”（Intelligent Concrete）赋与混凝土“交谈”甚至自我修复的能力，进而减少道路维修的频率及成本。
她在普渡大学实验室里正在开发一项技术，可使混凝土铺砌的桥梁和高速公路在需要维修时能更精准地显示建物状况的相关讯息，并添加能够因应潜在损坏的材料。“我们正在研究如何使用能够驾驭 AI 人工智能和大数据的材料和感测器来解决基础设施方面的问题，”Lu 表示：“这个想法在于让基础设施具有适应性、可持续性和复原能力。”
透过感测器建议修补后开通时间并追踪状况
根据美国道路暨运输界协会（American Road and Transportation Builders Association，ARTBA）2020 年报告指出，美国有超过三分之一桥梁需要维修。如果更能了解新混凝土何时完全凝固而能应付繁忙交通，便能防止过早重新开通道路造成路面出现裂缝。预防裂缝意味减少更换新混凝土的修复工程，并将减少工程造成的交通堵塞。
2019 年，Lu 与美国印第安纳州交通运输部（Indiana Department of Transportation）合作，将实验室开发 3 颗感测器嵌入印第安那州高速公路。这些高速公路包括印第安那州首府印弟安那波利斯（Indianapolis）附近的 465 号州际公路（Interstate 465, I-465）、普兰菲尔德（Plainfield）附近的 70 号州际公路和贝茨维尔（Batesville）附近的 74 号州际公路。
感测器数据有助于路面修补建路面工程之后，建议开通交通的最佳时间，并持续追踪混凝土状况。Lu 的团队正与美国联邦公路管理局（Federal Highway Administration，FHWA）合作，在其他州实施这种混凝土感测器。
可混入混拟土并引发连串修复过程
尝试让混凝土具沟通能力同时，Lu 和实验室正在开发自我修复的方法。自我修复混凝土在严冬期间特别有用。美国中西部的公路，冬天让混凝土持续历经结冻与解冻的循环。当温度降至华氏 32 度（摄氏 0 度）以下时，路面水分子就会结冻并膨胀，导致混凝土裂开。龟裂经过几次冬天后会形成更深的裂缝。
Lu 实验室正在研究称为“内部养护剂”（Internal Curing Agent）的不同类型多孔隙、沙子状材料，以便混入混凝土。当混凝土龟裂，养护剂能吸收水分并发生连串化学反应。化学反应会产生能封补裂缝并修复混凝土的固体物质。修复过程还能防止水渗入混凝土，进而避免钢筋或钢筋加固工程遭锈蚀。
“透过使用自我修复材料，我们可使基础设施具备适应温度变化的能力”，同时担任美国混凝土铺面协会（American Concrete Pavement Association，ACPA）混凝土铺面与材料科学学者 Lu 表示。
运用 AI 和大数据，辨识并调配未充分使用的车道
目前 Lu 和其他研究人员也正在思考智慧基础设施如何影响和适应人类行为。“交通总有方向性。传统想法是增加车道，但 AI 和大数据可辨识出未充分使用的车道，并将交通流量转移至空车道。我们正在开发不增加车道的情况下更能控制交通的技术。”Lu 表示。
智慧基础设施是新兴领域，透过与其他大学合作，Lu 致力于将研究人员和所需资源聚集，以便让此类基础设施大规模开展。Lu 目前负责带领智慧基础设施中心（Center for Intelligent Infrastructure），汇集普渡大学研究人员材料、感测和人工智能等多门学科领域的专业知识。她还与多州交通部门合作，协助建立第一个中西部智慧基础设施联盟。
“我们可齐心协力收集更多资料，以找出使基础设施更安全、更具弹性的最佳方法。我们可开发算法，以找出未来基础设施的结构性弱点。”Lu 表示。
- “Intelligent Concrete” Heals Itself – Enabling Highways and Bridges to Prevent Their Own Damage
（首图来源：普渡大学）
