自我修復的道路:可持續發展的道路最終成為可能嗎?

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自我修復的道路:可持續發展的道路最終成為可能嗎?

自我修復的道路:可持續發展的道路最終成為可能嗎?

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正在開發的技術使道路能夠自我修復並運行長達 80 年。
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      量子運行遠見
    • 2023 年 5 月 25 日

    洞察總結

    車輛使用量的增加給政府的道路維護和維修帶來了巨大壓力。 新的解決方案通過自動化修復基礎設施損壞的過程來緩解城市治理。   

    自修道路上下文

    根據城市研究所的數據,2019 年,美國各州和地方政府撥款約 203 億美元,佔其一般直接支出總額的 6%。 這一數額使公路和道路成為當年直接一般支出的第五大支出。 這筆支出也吸引了有興趣設計創新解決方案以最大化這些公共基礎設施投資價值的投資者的注意。 特別是,研究人員和初創公司正在試驗替代材料或混合物,以使街道更具彈性,能夠自然地閉合裂縫。

    例如,當充分加熱時,傳統道路中使用的瀝青會變得密度稍低並膨脹。 荷蘭的研究人員利用這種能力並將鋼纖維添加到道路混合物中。 當感應電機在道路上行駛時,鋼材會升溫,導致瀝青膨脹並填滿任何裂縫。 根據荷蘭代爾夫特大學的數據,儘管這種方法的成本比傳統道路高出 25%,但延長一倍的使用壽命和自行修復的特性每年可節省高達 95 萬美元。 此外,鋼纖維還允許數據傳輸,為自動駕駛汽車模型開闢了可能性。

    中國也有自己的概念版本,天津理工大學的 Su Jun-Feng 使用膨脹聚合物的膠囊。 一旦出現裂縫和裂縫,它們就會膨脹並填滿,從而阻止道路的腐爛,同時使路面不那麼脆弱。   

    破壞性影響 

    隨著材料科學的不斷進步,政府可能會繼續投資開發自我修復的道路。 例如,倫敦帝國理工學院的科學家在 2021 年創造了一種由特定種類的細菌纖維素製成的工程生物材料 (ELM)。所使用的球狀細胞培養物可以感知它們是否受損。 當在 ELM 上打孔時,隨著細胞調整以治愈 ELM,它們會在三天后消失。 隨著更多此類測試取得成功,自行修復道路可以為政府節省大量的道路修復資源。 

    此外,通過將鋼鐵融入道路來傳輸信息的能力可以讓電動汽車 (EV) 在路上充電,從而降低電力成本並延長這些車型的行駛距離。 儘管重建計劃可能還很遙遠,但中國的“回春”膠囊可以提供延長道路使用壽命的能力。 此外,生物材料的成功實驗必將加速對該領域的研究,因為它們無需維護,而且比標準組件更環保。

    然而,未來可能會面臨挑戰,主要是在測試這些技術時。 例如,歐洲和美國的具體規定非常嚴格。 儘管如此,韓國、中國和日本等其他國家/地區已經在研究測試混合道路材料。

    自修道路的意義

    自我修復道路的更廣泛影響可能包括:

    • 減少由坑洼和其他表面缺陷引起的事故和傷害風險。 同樣,可以實現在人口規模上略微降低車輛維護成本。 
    • 道路維護和維修工作的需求減少。 這一優勢還有助於減少此類維護工作造成的年度交通擁堵和延誤指標。
    • 更好的基礎設施來支持自動駕駛汽車和電動汽車,從而使這些機器得到更廣泛的採用。
    • 增加投資以開發未來道路的替代和可持續材料,以及在其他公共基礎設施項目中的應用。
    • 私營部門將這些技術整合到商業和住宅建築的開發中,尤其是在地震多發地區。

    需要考慮的問題

    • 您如何設想在實踐中實施自我修復的道路,以及可能需要解決哪些挑戰才能使它們成為現實?
    • 在決定是否在特定地點採用自行修復道路時,最重要的考慮因素是什麼?

    洞察參考

    此見解引用了以下流行和機構鏈接:

    “大眾科學” 上路的歷史和未來