Corps vergibt 1,4 Millionen US-Dollar für KI-Unterstützung in 3D

May 20, 2023

Kamal Khayat, hier mit einem 3D-Drucker im Advanced Materials Characterization Laboratory der Missouri S&T University zu sehen, leitet ein Team, das vom US Army Corps of Engineers einen Zuschuss in Höhe von 1,4 Millionen US-Dollar für den 3D-Druck von Beton erhalten hat, neben damit verbundenen Forschungsbemühungen am Standort Rolla Schule.

Foto von Michael Pierce/Missouri S&T

Ein Forschungsteam der Missouri University of Science and Technology hat ein Stipendium des US Army Corps of Engineers in Höhe von 1,4 Millionen US-Dollar erhalten, um ein Programm für künstliche Intelligenz zu entwickeln, das die besten lokal verfügbaren Materialien für Beton ermittelt, der mit den etablierten 3D-Druckmethoden der Agentur verarbeitet wird.

Diese Technologie wird es dem Corps, Eigentümeragentur für die meisten Infrastrukturen auf schiffbaren US-Wasserstraßen, ermöglichen, Betonkonstruktionen schnell in 3D zu drucken, ohne auf die Lieferung großer Materialmengen über Transportbeton-LKWs und andere Methoden angewiesen zu sein. KI-gesteuerte Tools wie Concrete.ai und das für das Corps entwickelte Tool verändern die Art und Weise, wie Baumaterialien geliefert werden, rasant. Es nutzt maschinelles Lernen, um Mischungen zu optimieren, die lokal verfügbare Materialien wie Zuschlagstoffe und alternative Zusatzstoffe optimal nutzen können.

„Durch die Nutzung der Leistungsfähigkeit der KI möchte unser Forschungsteam den Prozess der Materialauswahl rationalisieren und so optimale Leistung und Kosteneffizienz gewährleisten“, sagt Kamal Khayat, Teamleiter bei Missouri S&T in Rolla und Vizekanzler der Universität für Forschung und Innovation. Das KI-Programm wird eine breite Palette lokal verfügbarer Materialien in verschiedenen Bereichen bewerten und die am besten geeigneten Kombinationen für den 3D-Druck von Beton ermitteln.“

Khayal, ebenfalls Professor für Bauingenieurwesen, sagte, der Einsatz des noch in der Entwicklung befindlichen KI-Tools werde die Effizienz des Bauprozesses steigern, die Sicherheit der Truppen verbessern, den Weg für nachhaltigere Praktiken ebnen und dazu beitragen, humanitäre Hilfseinsätze in den USA und im Ausland zu beschleunigen. Die Teamforscher verfügen über Fachkenntnisse in den Bereichen Materialwissenschaft und -technik, Bauingenieurwesen und Informatik.

Laut Khayat könnte das Programm möglicherweise alles schaffen, von provisorischen Brücken und Kasernen bis hin zu Wachhäusern und Verteidigungshindernissen. Das Corps investiert seit fünf Jahren einen großen Teil seines Forschungsbudgets in die Erforschung besserer Betonbaumethoden, einige davon für den Einsatz bei Schleusen- und Staudammprojekten, aber auch für den weltweiten militärischen Einsatz der USA, wo Materialien für Missionen nicht immer verfügbar sind. Das Corps arbeitet auch mit Unternehmen wie dem Hersteller LaFarge/Holcim zusammen, um Möglichkeiten zu untersuchen, das Baumaterial nachhaltiger zu machen.

Das Missouri S&T-Team strebt an, mindestens 50 % der für seine Betonmischung AI verwendeten Materialien aus der Region zu beziehen, um herkömmliche zementhaltige Materialien zu ersetzen. Die KI wird mit Informationen aus Tests trainiert, um festzustellen, wie leicht Beton mit alternativen Zutaten gepumpt, extrudiert und für den Bau verwendet werden kann. Potenzielle Materialien werden voraussichtlich aus natürlichen Mineralien, industriellen Nebenprodukten und landwirtschaftlichen Abfällen stammen, zu denen Quellen wie Reisschalenasche, Palmölbrennstoffasche, gemahlener Dolomit und gemahlenes Glas gehören könnten.

Khayat sagte, dass die Verwendung dieser Materialien möglicherweise auch die lokale Nachhaltigkeit verbessern und einen wirtschaftlichen Nutzen für die lokalen Gebiete bringen könnte. Das Forschungsprojekt werde auch verschiedene Fasern zur Verstärkung der 3D-gedruckten Strukturen in Betracht ziehen, sagte er. Einige metallische und synthetische Strukturfasern werden getestet, ebenso wie unkonventionellere Fasern aus Pflanzen und recycelten Materialien wie Bambus, Kokosnuss, Glas, Hanf, Zellulose und Gummi.

Der 3D-Druck von Betonmaterialien ist für das Corps eine relativ ausgereifte Technologie. Es wurden Methoden zum Drucken von Strukturen entwickelt, indem das Material für Kasernenwände mithilfe eines Schlauchs und einer Düse auf einem Portalkran platziert und sogar Dachbalken auf ähnliche Weise gedruckt wurden.

„Dies wird ein umfassendes Projekt sein, das die Mobilität unserer Truppen erheblich verbessern wird“, sagte Khayat. „Die Anzahl der Probleme in der Lieferkette für Materialien wird erheblich reduziert, ebenso wie die Baukosten.“