Vải sinh học tích hợp cảm biến giám sát liên tục tình trạng đường nhựa
Tác giả: Anna Lissel, Fraunhofer-Gesellschaft – Biên tập: Gaby Clark, Duyệt: Robert Egan
Hệ thống đường bộ luôn chịu tác động nặng nề từ lưu lượng giao thông và yếu tố môi trường, dẫn đến sự xuất hiện các vết nứt và hư hại kết cấu. Trong khi các vết nứt lớn có thể nhìn thấy bằng mắt thường, thì vi nứt và hư hại ở các lớp sâu của nhựa đường lại khó phát hiện. Hiện nay, phương pháp đánh giá chủ yếu là khoan lấy lõi – vừa tốn thời gian, gây hư hại thêm cho mặt đường, vừa đòi hỏi phải phong tỏa giao thông. Điều này khiến việc sửa chữa thường kém hiệu quả do nhiều hư hỏng tiềm ẩn không được phát hiện kịp thời.
Để khắc phục, các nhà khoa học tại Viện Nghiên cứu Gỗ Fraunhofer (WKI) phối hợp với các đối tác trong dự án SenAD2 đang phát triển một hệ thống giám sát không phá hủy, liên tục và diện rộng nhằm đánh giá sức khỏe kết cấu nhựa đường và dự báo sự xuống cấp.
Vải cảm biến sinh học
Trung tâm của công nghệ là vải sinh học từ sợi lanh đan xen với dây dẫn điện siêu mảnh (<1mm). Các thành phần cảm biến được tích hợp ngay trong quá trình dệt, tạo nên vật liệu bền chắc, chống xê dịch và không bị hỏng trong quá trình thi công. Loại vải này chịu được tải trọng từ xe tải, máy rải nhựa và các thiết bị công trình nặng.
Sản xuất bằng máy dệt hai thoi tại Fraunhofer WKI, vải có khổ rộng 50cm và chiều dài tùy ý. Khi chôn vào lớp nền nhựa, vải sẽ đo sự thay đổi điện trở do biến dạng cơ học, từ đó phản ánh tình trạng kết cấu mặt đường.
Thu thập dữ liệu và phân tích AI
Dây cảm biến được kết nối với các thiết bị đo đặt bên đường. Hệ thống này ghi nhận sự thay đổi điện trở, truyền dữ liệu đến phần mềm phân tích, nơi các thuật toán trí tuệ nhân tạo (AI) xử lý và dự báo tình trạng mặt đường. Kết quả được trực quan hóa trên bảng điều khiển trực tuyến, giúp cơ quan quản lý đường bộ, doanh nghiệp và cộng đồng dễ dàng theo dõi.
Công nghệ này cho phép phát hiện sớm hư hại tiềm ẩn, đồng thời hỗ trợ kế hoạch bảo trì dự báo, giảm thiểu việc cào bóc lãng phí và tối ưu hóa ngân sách.
Thử nghiệm thực địa
Sau các thí nghiệm khả thi trong phòng lab, nhóm nghiên cứu đã triển khai thử nghiệm tại khu công nghiệp, lắp đặt vải cảm biến trên toàn bộ bề rộng đoạn đường thử. Kết quả ban đầu cho thấy vật liệu này vừa chịu được điều kiện thi công và môi trường, vừa cung cấp dữ liệu theo dõi chính xác và liên tục.
Nhà nghiên cứu Christina Haxter nhấn mạnh: “Mục tiêu của chúng tôi là theo dõi liên tục tình trạng đường trong thời gian dài, đưa ra dự báo về sự xuống cấp và tích hợp vào công tác quản lý bảo trì. Điều này không làm đường bền hơn, nhưng giúp giám sát và bảo trì hiệu quả hơn nhiều.”
Nếu được ứng dụng rộng rãi, vải cảm biến sinh học này có thể mở ra một kỷ nguyên mới cho quản lý hạ tầng, với phương pháp bảo trì bền vững, tiết kiệm chi phí và giảm thiểu gián đoạn giao thông.
