自我修复的道路：可持续发展的道路最终成为可能吗？

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  量子运行远见
• 2023 年 5 月 25 日

洞察总结

车辆使用量的增加给政府的道路维护和维修带来了巨大压力。 新的解决方案通过自动化修复基础设施损坏的过程来缓解城市治理。   

自修道路上下文

根据城市研究所的数据，2019 年，美国各州和地方政府拨款约 203 亿美元，占其一般直接支出总额的 6%。 这一数额使公路和道路成为当年直接一般支出的第五大支出。 这笔支出也吸引了有兴趣设计创新解决方案以最大化这些公共基础设施投资价值的投资者的注意。 特别是，研究人员和初创公司正在试验替代材料或混合物，以使街道更有弹性，能够自然地闭合裂缝。

例如，当充分加热时，传统道路中使用的沥青会变得密度稍低并膨胀。 荷兰的研究人员利用这种能力并将钢纤维添加到道路混合物中。 当感应电机在道路上行驶时，钢材会升温，导致沥青膨胀并填满任何裂缝。 根据荷兰代尔夫特大学的数据，尽管这种方法的成本比传统道路高出 25%，但延长一倍的使用寿命和自行修复的特性每年可节省高达 95 万美元。 此外，钢纤维还允许数据传输，为自动驾驶汽车模型开辟了可能性。

中国也有自己的概念版本，天津理工大学的 Su Jun-Feng 使用膨胀聚合物的胶囊。 一旦出现裂缝和裂缝，它们就会膨胀并填满，从而阻止道路的腐烂，同时使路面不那么脆弱。   

破坏性影响 

随着材料科学的不断进步，政府可能会继续投资开发自我修复的道路。 例如，伦敦帝国理工学院的科学家在 2021 年创造了一种由特定种类的细菌纤维素制成的工程生物材料 (ELM)。所使用的球状细胞培养物可以感知它们是否受损。 当在 ELM 上打孔时，随着细胞调整以治愈 ELM，它们会在三天后消失。 随着更多此类测试取得成功，自行修复道路可以为政府节省大量的道路修复资源。 

此外，通过将钢铁融入道路来传输信息的能力可以让电动汽车 (EV) 在路上充电，从而降低电力成本并延长这些车型的行驶距离。 尽管重建计划可能还很遥远，但中国的“回春”胶囊可以提供延长道路使用寿命的能力。 此外，生物材料的成功实验必将加速对该领域的研究，因为它们无需维护，而且比标准组件更环保。

然而，未来可能会面临挑战，主要是在测试这些技术时。 例如，欧洲和美国的具体规定非常严格。 尽管如此，韩国、中国和日本等其他国家/地区已经在研究测试混合道路材料。

自修道路的意义

自我修复道路的更广泛影响可能包括：

• 减少由坑洼和其他表面缺陷引起的事故和伤害风险。 同样，可以实现在人口规模上略微降低车辆维护成本。 
• 道路维护和维修工作的需求减少。 这一优势还有助于减少此类维护工作造成的年度交通拥堵和延误指标。
• 更好的基础设施来支持自动驾驶汽车和电动汽车，从而使这些机器得到更广泛的采用。
• 增加投资以开发未来道路的替代和可持续材料，以及在其他公共基础设施项目中的应用。
• 私营部门将这些技术整合到商业和住宅建筑的开发中，尤其是在地震多发地区。

需要考虑的问题

• 您如何设想在实践中实施自我修复的道路，以及可能需要解决哪些挑战才能使它们成为现实？
• 在决定是否在特定地点采用自行修复道路时，最重要的考虑因素是什么？