Năm xu hướng công nghệ vật liệu cần theo dõi vào năm 2023

Năm 2022 đã mang lại những tiến bộ công nghệ đáng kể về năng lượng tái tạo, trí tuệ nhân tạo, người máy, xây dựng công trình bền vững và các nguồn vật liệu thay thế và năm 2023 báo trước những bước phát triển hơn nữa trong các lĩnh vực này. Dưới đây là năm xu hướng công nghệ cần theo dõi trong năm tới.

Mục tiêu khử cacbon trong xây dựng sẽ tăng cường khi chúng ta đến gần năm 2030 và các mốc phát triển bền vững khác. Bê tông, sản phẩm xây dựng có lượng khí thải CO2 lớn nhất, nằm trong tầm ngắm của nỗ lực này. Nhiều sáng kiến ​​liên quan đến việc tăng hiệu suất môi trường của bê tông bằng cách sửa đổi các thành phần của nó, chẳng hạn như thay thế xi măng portland bằng vật liệu xi măng bổ sung. Ngoài ra, lợi ích đáng kể có thể được thực hiện bằng cách giảm thiểu số lượng vật liệu được sử dụng. Các nhà nghiên cứu tại các trường đại học Bath, Cambridge và Dundee đang hợp tác để phát triển các hệ thống xây dựng bê tông mới, có cấu trúc phức tạp giúp giảm đáng kể khối lượng vật liệu cần thiết cho một ứng dụng nhất định. Theo nhóm nghiên cứu, gần một nửa lượng bê tông hiện được sử dụng trong các tòa nhà là không cần thiết dựa trên việc sử dụng ván khuôn phẳng, cho thấy rằng các cấu hình và kỹ thuật đúc mới có thể đạt được những cải tiến có thể đo lường được. Nỗ lực chung của họ, mang tên ACORN (từ viết tắt của xây dựng bê tông tự động), sử dụng các phương pháp xây dựng đúc sẵn điều khiển bằng robot để tối ưu hóa các dạng kết cấu. Theo tổng kết dự án của ACORN, “Một điều gì đó đơn giản như cho phép dầm, cột và sàn nhà có hình dạng mà chúng cần để thực hiện công việc của chúng, thay vì hình dạng mà chúng cần để dễ dàng tạo hình, cho phép chúng ta suy nghĩ lại hoàn toàn về cách sử dụng vật liệu trong các tòa nhà của chúng ta. ”

Các vật liệu dựa trên sinh học cũng sẽ tiếp tục đóng một vai trò quan trọng vào năm 2023 và các lựa chọn thay thế cho các sản phẩm thông thường như gỗ sẽ thu hút được nhiều sự chú ý hơn. Từng được coi là vật liệu thử nghiệm với khả năng ứng dụng hạn chế, cây gai dầu đang được sử dụng thực tế trong xây dựng công trình. Như nhà sản xuất địa phương Ronald Volt đã phát triển tấm Foreverboard, một giải pháp thay thế dựa trên sợi gai dầu cho tấm ốp tường thạch cao. Là sản phẩm của hai thập kỷ mày mò, Foreverboard sử dụng độ bền của sợi gai dầu mà Volt đã xử lý bằng magie oxit – một hợp chất không độc hại có khả năng chống ẩm, nấm mốc, sâu bệnh và lửa. Do đó, sản phẩm tránh được vấn đề nấm mốc phát triển của vách thạch cao truyền thống và tránh sử dụng các chất dầu mỏ như tấm bề ​​mặt sợi thủy tinh. Bền bỉ và linh hoạt, Foreverboard cũng thích hợp cho các thành phần xây dựng khác, chẳng hạn như khung stud khu dân cư. Mặc dù sản phẩm vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm nhưng nó đã thu hút được sự quan tâm đáng kể của thị trường.

Việc sử dụng năng lượng tái tạo tiếp tục phát triển khi năng lượng mặt trời trở thành nguồn điện hiệu quả hơn về chi phí. Thị trường năng lượng mặt trời đã có sự gia tăng hàng năm và dự kiến ​​sẽ tăng hơn 13% vào năm 2023. Phạm vi công nghệ được sử dụng để khai thác năng lượng mặt trời cũng đang mở rộng để bao gồm các công suất vật liệu mới. Ví dụ, các nhà khoa học tại MIT gần đây đã nghĩ ra một quy trình có thể mở rộng quy mô để tạo ra pin mặt trời màng mỏng siêu nhẹ có thể dễ dàng thêm vào bất kỳ chất nền nào. Các tế bào bao gồm các loại mực bán dẫn dính vào Dyneema, một loại vải tổng hợp mỏng có độ bền đáng kể. Tế bào dựa trên vải mới tạo ra khoảng 370 watt mỗi kg, công suất tính theo khối lượng lớn hơn khoảng 18 lần so với pin mặt trời truyền thống. Sự phát triển mới cho thấy một tương lai nhanh nhẹn và mạnh mẽ hơn cho năng lượng mặt trời, vốn cho đến nay chủ yếu dựa vào các thành phần nặng và dễ vỡ.

Một xu hướng công nghệ không thể bỏ qua trong năm 2022 là AI, đặc biệt là tiềm năng biến đổi được giải phóng bởi các công cụ tạo hình ảnh sáng tạo như DALL-E 2 và Midjourney. Từng được xem chủ yếu như một phương tiện để đơn giản hóa các nhiệm vụ, AI đang ngày càng thể hiện năng lực của mình trong quá trình thiết kế. Ngày càng nhiều thuật ngữ “sử dụng” đang chuyển sang “đồng sáng tạo” để mô tả mối quan hệ đang phát triển của con người với AI – đặc biệt là khi công nghệ này chuyển từ hai chiều sang ba chiều. Một ví dụ là AI Sculpting bởi Onformative có trụ sở tại Berlin. Để hiện thực hóa các đối tượng vật lý do AI tạo ra, công ty đã phát triển một phương pháp lập trình và kiểm tra thử. Đầu tiên, các nhà thiết kế bắt đầu quá trình với một khối ảo đơn giản mà từ đó ứng dụng sẽ loại bỏ khối lượng voxels (pixel thể tích) bằng cách sử dụng đối tượng chuyển vùng trừ. Tiếp theo, nhóm đã huấn luyện AI để ưu tiên một số thao tác nhất định so với những thao tác khác khi chương trình cố gắng thể hiện một kết quả nhất định, chẳng hạn như hình dạng của một hình người đang quỳ. Phương pháp thực hành một phần này và các kết quả khiêu khích trực quan mà nó mang lại cho thấy rằng vai trò của nhà thiết kế sẽ áp dụng nhiều khía cạnh hướng dẫn và giám tuyển hơn trong tương lai. “Trong một kịch bản như thế này, chúng tôi hợp tác với AI. Kết quả không phải là sự tái tạo sự sáng tạo của chúng ta; đó là điều không lường trước được,” nhóm giải thích. “Chúng tôi nhận được những kết quả chưa từng có, điều này truyền cảm hứng lại cho cách sáng tạo của chúng tôi, làm nổi bật tầm quan trọng của việc khám phá khái niệm đồng sáng tạo với AI.”

Mọi thứ trở nên thực sự thú vị khi sinh học tham gia vào bức tranh. To Grow a Building là một phòng thí nghiệm nghiên cứu và không gian triển lãm, trong đó các nhà thiết kế khám phá thế hệ kiến ​​trúc bằng vật liệu sống. Ra mắt trong Tuần lễ thiết kế Jerusalem năm 2022, To Grow a Building có một bộ sưu tập các công trình xây dựng nhiều lớp trồng nhiều loại cây khác nhau. Những hình thức điêu khắc bằng đất này là sản phẩm của một cánh tay robot liên tục lắng đọng đất và hạt giống thành các lớp kế tiếp nhau. Theo thời gian, các công trình có chiều cao một phần mọc ra tán lá, biến thành những tiểu cảnh sống động được củng cố bởi hệ thống rễ của cây. Được thúc đẩy bởi cuộc khủng hoảng sinh thái hành tinh, To Grow a Building đưa ra một chiến lược sáng tạo về thiết kế với các sinh vật sống “bằng cách phát triển một loại vật liệu mới để in 3D, qua đó gieo hạt là một phần không thể tách rời của quy trình chế tạo,”. Mặc dù dự án không được phát triển cho mục đích thương mại, nhưng nó chỉ ra một xu hướng đầy hứa hẹn về cách các hệ thống sinh thái có thể được tích hợp tốt hơn vào quy trình thiết kế kiến ​​trúc và cách các nhà thiết kế nên coi cuộc sống như một phần nội tại của vật liệu.

(Lược dịch từ bài viết trên architectmagazine.com của Blaine Brownell)

PV