Vượt xa lộ thông minh, tiến vào đường kỹ thuật số

TTCT - Công nghệ và thiết kế đường phố không thể đứng yên khi công nghệ số phát triển như vũ bão.

Thuở sơ khai của ô tô vào thế kỷ thứ 19, ở Anh có quy định phải có người cầm cờ đi trước xe ít nhất 55m để báo hiệu cho người đi bộ và các phương tiện thô sơ khác trên đường. Dần dà, khi xe hơi chạy trên đường ngày một nhiều thì cách thiết kế đường sá cũng thay đổi để phù hợp hơn với thực tế mới và quy định về người "cầm cờ chạy trước ô tô" được bãi bỏ.

Khi các đời xe sau này chạy nhanh hơn, lớn hơn và nặng hơn, yêu cầu về khả năng chịu tải cũng như độ bền của đường cũng tăng theo. Rồi con người biết gắn thêm đèn tín hiệu và hệ thống biển báo để giúp xe cộ lưu thông trơn tru và an toàn.

"Đường sá của chúng ta đã phát triển cùng với sự phát triển của giao thông và công nghệ" - Công ty tư vấn ACB Consulting Services viết trong bài dự báo về tương lai của đường sá. Đó sẽ là một tương lai được định hình bởi công nghệ và thời tiết.

Mỗi con đường là một đại lộ thông tin

Tháng 3-2021, Tập đoàn nghiên cứu và tư vấn McKinsey chỉ ra một số xu hướng công nghệ có thể giúp cải thiện việc xây dựng và bảo trì đường sá, cũng như tăng cường chức năng của những con đường hiện hữu, mở ra cơ hội cho sự an toàn, hiệu quả và thành công kinh tế cao hơn.

Đầu tiên, việc công nghệ xe tự hành ngày càng phổ biến có thể cho phép các con đường của tương lai thu hẹp chiều rộng mỗi làn đường mà vẫn đảm bảo an toàn cũng như không gây cản trở giao thông.

McKinsey dự báo đến năm 2035 khoảng 15% xe cỡ nhỏ chạy trên đường sẽ được tự động hóa hoàn toàn. "Khi tỉ lệ xe có thể hoạt động mà không cần người lái ngày càng tăng, độ chính xác khi lái xe được dự đoán sẽ tăng lên đáng kể" - McKinsey nhận xét.

Độ chính xác tăng thêm này có thể loại bỏ nhu cầu thiết kế làn đường rộng hơn nhiều so với chiều rộng của xe. Thực tế hiện nay các làn đường truyền thống được xây dựng đủ rộng để cho phép tài xế mắc lỗi, thường từ 3,50m đến 3,75m theo tiêu chuẩn châu Âu.

Chiều rộng của các làn đường trong tương lai có thể giảm xuống chỉ còn 2,8m hoặc 2,5m, theo McKinsey. Theo đó, một con đường có bốn làn có thể tiết kiệm được đến 4m chiều rộng so với hiện nay.

Công nghệ số hóa và phân tích cũng được kỳ vọng sẽ ảnh hưởng đáng kể đến thiết kế và xây dựng đường bộ trong tương lai gần. Đầu tiên, mỗi con đường sẽ không còn chỉ là một kết cấu thụ động mà sẽ trở thành một hệ thống đo lường và dẫn hướng thông minh.

Các cảm biến được tích hợp ngay từ bên trong cấu trúc của những con đường mới xây dựng hoặc được bố trí xung quanh những con đường hiện hữu sẽ được sử dụng để dẫn hướng cho các phương tiện, cho phép chúng di chuyển với khoảng cách gần nhau hơn mà không gây nguy cơ mất an toàn. Điều này có thể giúp tăng sức chứa mỗi làn đường thêm đến 50%.

Một con đường được nâng cấp bằng công nghệ cũng sẽ có thể truyền đạt thông tin về tình trạng mặt đường - ví dụ như mức độ ma sát do nước hoặc nhiệt độ lạnh - cho các phương tiện tự hành, giúp chúng điều chỉnh tốc độ phù hợp.

Các loại cảm biến khác có thể giúp nhà chức trách phát hiện sớm khả năng hư hỏng mặt đường trước cả khi chúng thật sự hỏng, nhằm tiết kiệm thời gian cũng như chi phí bảo trì đồng thời gia tăng tuổi thọ cho đường.

Từ xa lộ thông minh tới đường kỹ thuật số

Tháng 7-2024, báo chí đưa tin một đoạn dài gần 5km của xa lộ Interstate 94 (I-94) đi qua bang Michigan của Mỹ sẽ được nâng cấp để trở thành "xa lộ thông minh đầu tiên" của nước này.

Theo trang Axios, dự án nâng cấp do Cavnue, một start-up nhận đầu tư từ công ty mẹ của Google là Alphabet, thực hiện và có thể mở rộng ra nhiều tuyến đường khác ở Mỹ nếu thành công.

Theo đó, tuyến đường thông minh sẽ đóng vai trò như một hệ thống giám sát khổng lồ giúp ích cho Sở Giao thông Michigan cũng như các tài xế lưu thông trên đường. Đường cao tốc thông minh được thiết kế để thông báo cho cả chính quyền và người lái xe về các vấn đề tiềm ẩn phía trước, chẳng hạn như chướng ngại vật trên đường, tai nạn hoặc kẹt xe.

Dự án được kỳ vọng sẽ giúp giảm tình trạng tắc nghẽn giao thông, ngăn ngừa tai nạn và giúp chính quyền ứng phó hiệu quả với các trường hợp khẩn cấp trên đường bộ, theo trang Engadget.

Cụ thể, đoạn đường được thí điểm nâng cấp nằm giữa hai thành phố Ann Arbor và Detroit của Michigan, với kế hoạch triển khai thêm hơn 64km và chia thành sáu giai đoạn để biến toàn bộ cung đường I-94 nối giữa hai thành phố này trở thành tuyến đường thông minh khi dự án hoàn tất.

Công nghệ đường thông minh của Công ty Cavnue hoạt động bằng cách lắp đặt một loạt cột cách nhau 200m dọc theo đường chứa các thiết bị cảm biến, tính toán và truyền thông tin. Ngoài ra còn có các camera dọc theo xa lộ để theo dõi mọi đoạn đường và tiến hành chụp ảnh, sau đó phân tích bằng trí tuệ nhân tạo (AI) và các thuật toán học máy để xác định những điều kiện lái xe nguy hiểm.

Các cảnh báo này sau đó được gửi đến nhà chức trách cũng như người lái xe có kết nối đến hệ thống thông minh. Theo Cavnue, công nghệ của công ty có thể dễ dàng kết nối với "bất kỳ xe nào có trang bị tính năng kết nối nói chung". "Hầu hết các mẫu xe đời mới với tính năng dẫn đường tích hợp đều thuộc nhóm này" - Engadget dẫn lời người phát ngôn Cavnue.

Tại Trung Quốc, sự xuất hiện của các "con đường kỹ thuật số" ở tân khu Hùng An thuộc tỉnh Hà Bắc đã giúp cuộc sống của các tài xế trở nên dễ dàng hơn, China Daily đưa tin tháng 9-2023.

Hệ thống đèn tín hiệu giao thông, mạng 5G, radar, camera và cảm biến được bố trí trên các trụ đèn tại đây có thể giao tiếp với nhau để đảm bảo người lái xe phải dừng đèn đỏ ít nhất có thể trên một số tuyến đường được chỉ định.

Số liệu thống kê về lưu lượng và hướng di chuyển của xe cộ được các thiết bị này thu thập và tải lên máy chủ của trung tâm điều hành, sau đó được phân tích bằng thuật toán để giúp điều khiển đèn tín hiệu một cách thông minh, theo Liu Xiduo - một chuyên viên của Công ty công nghệ China Telecom Digital City - đơn vị xây dựng các cơ sở thông minh tại tân khu trên. "Sự tối ưu này giúp tăng hiệu suất giao thông thêm từ 20-30% trong giờ cao điểm buổi sáng và buổi tối" - China Daily dẫn lời Liu.

Đài Phát thanh - truyền hình Hà Bắc cho biết tân khu Hùng An dự kiến có tổng cộng 500km đường kỹ thuật số như trên, trong đó xe buýt tự hành sẽ là một trong những loại phương tiện hưởng lợi từ các tuyến đường thông minh này. "Hùng An có vẻ là nơi tiềm năng nhất cho một thành phố thông minh thành công ở Trung Quốc" - Liu nhận xét và cho biết đây cũng là lý do anh chọn nơi đây để lập nghiệp sau khi tốt nghiệp ngành kỹ sư môi trường tại Đại học Thanh Hoa danh giá.

Đường sá "chống chịu thời tiết"

Thời tiết cực đoan đang xuất hiện ngày càng nhiều do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và các con đường của tương lai không chỉ cần thông minh hơn mà còn phải giỏi chống chịu với những điều kiện thời tiết khắc nghiệt.

Năm 2023 có gần 630.000 báo cáo về ổ gà ở Anh - mức cao nhất trong vòng năm năm, theo dữ liệu do nhóm vận động Round Our Way biên soạn và được Đài BBC đưa tin. Trong khi đó, Hiệp hội Xe cơ giới Hoa Kỳ (AAA) thống kê có khoảng 44 triệu tài xế đã báo cáo rằng xe của họ bị hư hỏng do ổ gà vào năm 2022, tăng mạnh 57% so với năm 2021.

"Nhiệt độ quá cao có thể gây ra hiện tượng cong vênh của đường, trong khi đó sự gia tăng ứng suất nhiệt lên vật liệu mặt đường có thể dẫn đến các vết nứt và ổ gà" - BBC dẫn lời Hassan Davani, phó giáo sư khoa kỹ thuật xây dựng, dân dụng và môi trường của Đại học bang San Diego.

Trong bối cảnh đó, một số phương pháp đang được phát triển nhằm mục đích sửa chữa ổ gà hiệu quả hơn và tiết kiệm chi phí hơn - hoặc ngăn ngừa sự hình thành ổ gà ngay từ đầu.

Tại Anh, công ty start-up Robotiz3d đã chế tạo thành công robot tự hành đầu tiên biết dựa vào AI để săn lùng ổ gà. Robot tên ARRES PREVENT có thể phân tích hình dạng các khiếm khuyết trên mặt đường và thu thập dữ liệu đo lường, sau đó nạp vào thuật toán để dự đoán tình trạng đường. Nhà chức trách địa phương có thể sử dụng thông tin này để xác định nơi nào cần bảo trì cấp bách nhất.

Ở một số nơi khác, chính quyền đang chuyển sự chú ý từ sửa chữa sang phòng tránh bằng cách nghiên cứu cải tiến công nghệ làm đường sao cho có thể chịu được các điều kiện khắc nghiệt hơn.

Một phát minh quan trọng trong lĩnh vực này là trộn carbon rắn với hỗn hợp nhựa đường để tăng sức bền cho mặt đường, giảm thiểu khả năng xuất hiện ổ gà. Công ty start-up Modern Hydrogen là một trong các bên đang nghiên cứu hướng đi này bằng cách tận dụng carbon rắn là phụ phẩm trong quá trình sản xuất hydro sạch từ khí tự nhiên.

"Chúng tôi làm tăng 250% độ cứng (nhựa đường). Điều này đồng nghĩa các con đường sẽ cứng hơn, bền hơn và nhựa đường có thể chịu được nhiệt độ cao hơn" - CEO Modern Hydrogen Tony Pan nói với BBC. Phát minh này hiện đã được áp dụng ở Mỹ và Canada.

Mặt đường tự phục hồi, còn được biết đến với tên gọi "nhựa đường thông minh", cũng là giải pháp khả thi cho những con đường chống chịu thời tiết của tương lai.

Một nghiên cứu năm 2022 của nhóm tác giả đến từ Viện Công nghệ Ấn Độ liệt kê một số công nghệ mới nhất có thể giúp mặt đường nhựa tự chữa lành khỏi những hư hỏng bên ngoài, trong đó có thể kể đến vật liệu nano và polymer như chất phụ gia giúp mặt đường đạt khả năng tự phục hồi.

Một công nghệ mặt đường tự phục hồi khác sử dụng các sợi thép giải phóng nhiệt vào mặt đường, làm tan chảy lớp nhựa đường và tự trám những vết nứt hỏng hay ổ gà.