混凝土是建筑行业中最常用的材料，其历史可追溯至罗马帝国。据外媒报道，匹兹堡大学（University of Pittsburgh）的工程师们开始重新设想21世纪的混凝土，或将帮助自动驾驶汽车在GPS信号较弱的情况下提供帮助，以安全行驶在高速公路上。
图片来源：匹兹堡大学
新研究引入了用于智能民用基础设施系统开发的超材料混凝土。相关论文题为“用于智能民用基础设施的多功能纳米发电机集成超材料混凝土系统（Multifunctional Nanogenerator-Integrated metamaterial Concrete Systems for Smart Civil Infrastructure）”。论文中提出了一种新概念，用于具有集成能量收集和传感功能的轻型和机械可调混凝土系统。
匹兹堡大学土木与环境工程助理教授Amir Alavi表示：“在古罗马人最初创造混凝土之后，现代社会数百年来一直在建筑中使用混凝土。在我们的基础设施项目中大量使用混凝土意味着需要开发新一代的混凝土材料，这些材料更经济、更环保，而且具有先进的功能。我们相信，我们可以通过将超材料范例引入到建筑材料的开发中。”
此前，Alavi及其团队开发出具有自我意识的超材料，并探索它们在智能植入物等应用中的用途。本研究介绍了超材料在混凝土制作中的应用，使材料可以根据其用途进行专门设计。脆性、柔韧性和可塑性等属性可以在材料的创建过程中进行微调，使建筑商能够在不牺牲强度或寿命的情况下使用更少的材料。
Alavi表示：“该项目展示了第一种具有超强压缩性和能量收集能力的复合超材料混凝土。这种轻质且机械可调的混凝土系统可以将混凝土应用于更多领域，例如机场的减震工程材料以帮助减缓失控的飞机，或地震基础隔离系统。”
不仅如此，这种材料还能发电。虽然它不能产生足够的电力来向电网供电，但产生的信号足以为路边传感器供电。超材料混凝土在机械激励下自行产生的电信号也可用于监测混凝土结构内部的损坏或监测地震，同时减少地震对建筑物的影响。
不仅如此，这些智能结构甚至可以为嵌入道路的芯片供电，以帮助自动驾驶汽车在GPS信号太弱或激光雷达不工作时在高速公路上行驶。
该材料由嵌入导电水泥基质中的增强拉胀聚合物晶格组成。当机械触发时，复合结构会在层之间引起接触带电，而石墨粉增强的导电胶会作为系统中的电极。实验研究表明，该材料在循环载荷下最多可压缩15%，并产生330 μW的功率。
该研究团队正与宾夕法尼亚交通部（PennDOT）合作开发这种超材料混凝土，以用于宾夕法尼亚道路。
