編輯：時光 snailnj
【新智元導讀】什么？AI開始配混泥土了？土木工程師：我可以「畢業(yè)」了。
利用AI計算出來的混泥土配方，可以減少40%的碳排放。
這項研究是由高校和企業(yè)合作完成，美國南加州大學電子與計算機工程系的Xiou Ge為第一作者，Meta、IBM等研究中心均參與其中。
論文題為Accelerated Design and Deployment of Low-Carbon Concrete for Data Centers，即《數(shù)據(jù)中心加速設計和部署的低碳混凝土》。
目前，這種低碳混泥土的強度和減排效果已經(jīng)得到了有效測試，在美國伊利諾伊州Meta數(shù)據(jù)中心進行。
Meta數(shù)據(jù)中心致力于為互聯(lián)網(wǎng)提供動力，效率和清潔能源是其設計、建設和運營的關(guān)鍵。
混凝土是世界上使用最廣泛的工程材料，每年生產(chǎn)超過100億噸。
不幸的是，這種使用規(guī)模帶來了能源、水、溫室氣體和其它污染物排放的巨大負擔。
混泥土一般是由水泥、骨料、水和摻合劑組成，可以含有幾十種甚至數(shù)百種成分。所謂骨料是指礫石、碎石、沙子等。
這樣任意配比的混泥土，每年產(chǎn)生的二氧化碳約占全球碳排放量的8%。
現(xiàn)在，科學家通過AI創(chuàng)建混凝土配方，以最大限度地減少環(huán)境負擔，同時滿足工程性能要求，包括抗壓強度等。
在這項研究中，使用的模型是基于VAE（Variational autoencoder，變分自編碼器）的一個變體，稱為CVAE（Conditional variational autoencoder），即條件變分自編碼器。
這個CVAE模型是一種半監(jiān)督的生成性AI模型，可以發(fā)現(xiàn)所期望的具體配比公式。
CVAE設計為一個編碼器和解碼器的結(jié)構(gòu)。編碼器輸入包括環(huán)境影響、時間、強度變量和具體公式，編碼器將這些輸入，結(jié)合隱層變量Z，生成新的配比公式。
研究人員使用混凝土抗壓強度數(shù)據(jù)集來訓練CVAE模型，這個數(shù)據(jù)集包含了1030個訓練示例。
其中，7個連續(xù)特征描述了水泥、骨料和水等組成配比，數(shù)據(jù)集訓練了基于神經(jīng)網(wǎng)絡的回歸模型，以預測混凝土配方的環(huán)境影響和強度。
研究表明，CVAE可以設計出比現(xiàn)有配方碳排放低得多的AI混凝土配方，實驗通過生成更好的樣本，從而實現(xiàn)了碳排放量減少。
以14天左右、60兆帕強度為例，經(jīng)過模型設計的混泥土平均碳減排量達42%，同時也實現(xiàn)了硫減排量達21%。
這些圓柱體照片是根據(jù)新配方制作的混凝土結(jié)構(gòu)，正在實驗室進行壓縮測試。
在固化7天和28天后，研究人員使用Forney試驗機對混凝土圓柱體進行抗壓強度試驗，以恒定速率施加載荷，直到樣本失效或者斷裂(如上圖所示），并記錄極限載荷。
這是5種AI生成的混凝土試驗抗壓強度結(jié)果，以及相應的碳排放量統(tǒng)計。
研究表明，使用這個模型生成的混泥土配方，碳排放量與原有數(shù)據(jù)進行對比，AI混凝土配方大約將二氧化碳排放量減半。
在第1種方案中可見，原來282.36m³的碳排放，減至154.11m³，少了近一半。
參考資料：
https://arxiv.org/abs/2204.05397
本文來自微信公眾號 “新智元”（ID：AI_era），36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。
