L'intelligenza artificiale (AI) sta trasformando il settore delle infrastrutture. Secondo un ricercatore dell'Università del Mississippi, essa offre soluzioni innovative, dalla previsione delle buche stradali alla progettazione di calcestruzzo più resistente. L'AI promette di rendere le infrastrutture più intelligenti e sostenibili. Ali Behnood, assistente professore di ingegneria civile, ha dedicato oltre dieci anni allo studio di questo campo. Ha contribuito a più di 60 pubblicazioni scientifiche sul ruolo dell'AI nelle infrastrutture sostenibili.
L'utilizzo dell'intelligenza artificiale nel settore delle infrastrutture rappresenta un cambiamento significativo nel modo in cui vengono progettate, costruite e mantenute le opere civili. Questo approccio innovativo non solo ottimizza l'impiego di risorse come materiali riciclati e fonti rinnovabili, ma mira anche a ridurre i costi complessivi, inclusi quelli relativi alla manodopera, all'energia e all'impatto ambientale. L'obiettivo finale è creare infrastrutture più durature, efficienti e rispettose dell'ambiente.
“L'obiettivo del nostro team nel NextGen Infrastructure Lab è di muovere verso la prossima generazione di infrastrutture sostenibili e resilienti", ha affermato Behnood. "Stiamo cercando di ottimizzare l'uso di materiali riciclati, sottoprodotti industriali, risorse rinnovabili e materiali alternativi sostenibili nella costruzione, riducendo non solo il costo fisico, ma anche i costi di manodopera, i costi energetici, i costi di impatto ambientale e le spese di manutenzione del ciclo di vita".
Previsione della resistenza dell'asfalto
In una delle sue pubblicazioni più recenti, Behnood e Abolfazl Afshin, uno studente di dottorato in ingegneria civile dell'Ole Miss proveniente da Zahedan, Iran, hanno testato le capacità di diversi algoritmi di intelligenza artificiale nel prevedere la resistenza all'umidità dei pavimenti asfaltati realizzati con materiali di asfalto riciclato. Lo studio è stato pubblicato sull'International Journal of Pavement Engineering.
L'acqua che penetra nell'asfalto può compromettere i legami tra i materiali, rendendolo più vulnerabile a crepe e cedimenti. Afshin ha spiegato che quando l'acqua si infiltra nell'asfalto, può indebolire la sua struttura. In questo stato, l'asfalto è più incline a spaccature o altri danni.
"Ci siamo concentrati sui danni causati dall'umidità, che sono uno dei problemi più critici nei pavimenti asfaltati, in particolare per le regioni umide e fredde, perché provoca una varietà di problemi come stripping, buche e crepe", ha affermato Afshin. "Abbiamo valutato l'efficacia di quattro diversi algoritmi di intelligenza artificiale nel prevedere i danni da umidità nelle miscele di asfalto contenenti materiali (di asfalto riciclato)".
I risultati hanno mostrato che gli algoritmi di AI sono in grado di prevedere con precisione i danni da umidità nelle miscele di asfalto. Questo permette di ottimizzare la scelta dei materiali e prevedere la probabilità di cedimenti durante il ciclo di vita del manto stradale. Grazie a questi risultati, è possibile ottimizzare la selezione dei materiali e prevedere la probabilità di guasti nel ciclo di vita del manto stradale.
Risparmio e sostenibilità
Nel 2021, gli enti governativi locali e statali hanno speso oltre 206 miliardi di dollari per la manutenzione delle strade negli Stati Uniti. Nel 2023, il Dipartimento dei Trasporti degli Stati Uniti ha segnalato la necessità di quasi 1.000 miliardi di dollari per riparazioni e manutenzioni arretrate di strade e ponti. L'ottimizzazione delle miscele di asfalto potrebbe ridurre i costi di manutenzione e prolungare la durata di queste strade.
Determinare la migliore combinazione di asfalto riciclato e altri materiali resistenti alle condizioni climatiche avverse senza l'ausilio dell'intelligenza artificiale sarebbe un processo estremamente lungo e costoso, secondo Behnood. "Gli algoritmi basati sull'intelligenza artificiale offrono un'alternativa economicamente vantaggiosa ed efficiente ai tradizionali approcci di laboratorio, che richiedono tempo ed energia", ha spiegato.
Applicazioni pratiche
Behnood ha sottolineato che qualsiasi entità interessata a sviluppare infrastrutture più sostenibili ed economiche può utilizzare le procedure sviluppate dal suo team. "I risultati di tutti questi studi possono essere utilizzati da ingegneri professionisti, dal Dipartimento dei Trasporti, dalle agenzie federali, dai settori privati – chiunque lavori in questo settore – per muoversi verso approcci sostenibili ed economicamente vantaggiosi nella progettazione", ha affermato. "Gli strumenti che sviluppiamo possono essere utilizzati da qualsiasi ingegnere professionista".
Oltre alla previsione dei potenziali cedimenti dei pavimenti stradali, l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico possono essere applicati a molti altri aspetti delle infrastrutture. Ciò include la progettazione di ponti e strade migliori, la gestione dei rifiuti e il monitoraggio di ferrovie per individuare guasti o rotture, ha aggiunto Behnood.
Resilienza e gestione del rischio
“L'AI può anche svolgere un ruolo cruciale nella resilienza ai disastri e nella gestione del rischio", ha affermato. "In caso di disastri o pericoli naturali, l'evacuazione diventa fondamentale e l'AI può identificare percorsi ottimizzati su misura per vari scenari di evacuazione, garantendo efficienza e sicurezza.
Ci sono molti esempi di come possiamo utilizzare l'AI per la sostenibilità in tutti gli elementi della costruzione e delle infrastrutture. Questo è un settore enorme e noi stiamo facendo la nostra piccola parte in questo enorme settore per muoverci verso la sostenibilità e per aiutare la società, conclude Behnood.
L'intelligenza artificiale sta aprendo nuove frontiere nel campo delle infrastrutture, offrendo strumenti e soluzioni per affrontare le sfide ambientali, economiche e sociali del nostro tempo. La ricerca di Behnood e del suo team rappresenta un passo avanti verso un futuro in cui le infrastrutture siano più efficienti, durature e rispettose del pianeta.
L'intelligenza artificiale sta aprendo nuove frontiere nell'ingegneria civile, promettendo infrastrutture più intelligenti e durature. Un ricercatore dell'Università del Mississippi ha evidenziato come l'AI possa essere utilizzata per prevedere la formazione di buche stradali e progettare un calcestruzzo più resistente.
Ali Behnood, Assistant Professor of Civil Engineering, ha dedicato oltre dieci anni allo studio dell'applicazione dell'intelligenza artificiale alle infrastrutture sostenibili, contribuendo a più di 60 pubblicazioni scientifiche. Il suo team presso il NextGen Infrastructure Lab si concentra sull'ottimizzazione dell'uso di materiali riciclati e risorse rinnovabili nel settore delle costruzioni, con l'obiettivo di ridurre i costi economici, energetici e ambientali.
In una delle sue pubblicazioni più recenti, Behnood e Abolfazl Afshin hanno testato diversi algoritmi di intelligenza artificiale per valutare la resistenza all'umidità dei pavimenti stradali in asfalto realizzati con materiali riciclati. La ricerca, pubblicata sull'International Journal of Pavement Engineering, ha dimostrato come l'acqua possa infiltrarsi nell'asfalto, indebolendo i legami tra i materiali e aumentando il rischio di crepe e cedimenti.
Afshin ha sottolineato che i risultati ottenuti indicano che gli algoritmi di AI sono in grado di prevedere con elevata precisione i danni causati dall'umidità nelle miscele di asfalto, permettendo di ottimizzare la selezione dei materiali e di stimare la probabilità di guasto nel ciclo di vita del manto stradale.
Nel 2021, i governi statali e locali negli Stati Uniti hanno speso oltre 206 miliardi di dollari per la manutenzione delle strade. Nel 2023, il Dipartimento dei Trasporti degli Stati Uniti ha stimato che sarebbero necessari quasi 1.000 miliardi di dollari per riparare e manutenere strade e ponti. L'ottimizzazione delle miscele di asfalto grazie all'intelligenza artificiale potrebbe portare a una significativa riduzione dei costi di manutenzione e a un prolungamento della durata delle infrastrutture.
L'uso dell'AI consente di individuare le migliori combinazioni di asfalto riciclato e altri materiali in grado di resistere alle condizioni climatiche avverse, riducendo i tempi e i costi rispetto ai metodi tradizionali.
Behnood ha spiegato che gli algoritmi basati sull'intelligenza artificiale offrono un'alternativa più efficiente ed economica rispetto ai metodi di laboratorio convenzionali, che richiedono tempo ed energia. I risultati di queste ricerche possono essere utilizzati da ingegneri, enti governativi e aziende private per sviluppare approcci più sostenibili ed economici nella progettazione delle infrastrutture.
Oltre alla previsione dei guasti nei pavimenti stradali, l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico possono essere applicati a diversi aspetti delle infrastrutture, come la progettazione di ponti e strade, la gestione dei rifiuti e il monitoraggio delle ferrovie. Behnood ha evidenziato il ruolo cruciale dell'AI nella gestione del rischio e nella resilienza ai disastri naturali, ad esempio, identificando percorsi di evacuazione ottimali in diverse situazioni di emergenza.
Ci sono così tanti esempi di come possiamo usare l'AI per la sostenibilità in tutti gli elementi di costruzione e infrastrutture. Questo è un'area enorme, e noi stiamo facendo la nostra piccola parte in questa vasta area per muoverci verso la sostenibilità e per aiutare la società.
L'intelligenza artificiale rappresenta un'opportunità per rendere le nostre infrastrutture più sicure, efficienti e rispettose dell'ambiente.