جسم الإنسان لا يستطيع مقاومة آثار الاحتباس الحراري المدمرة

جسم الإنسان لا يستطيع مقاومة آثار الاحتباس الحراري المدمرة
TT

جسم الإنسان لا يستطيع مقاومة آثار الاحتباس الحراري المدمرة

جسم الإنسان لا يستطيع مقاومة آثار الاحتباس الحراري المدمرة

الجنس البشري يتعرض إلى مخاطر كبيرة بسبب التغيرات المناخية التي تقود إلى الاحتباس الحراري في الأرض، وذلك بسبب تركيبته البيولوجية.
ينتج جسم الإنسان خلال استراحته نحو 100 واط، أي ما يعادل الطاقة التي ينتجها مصباح ضوء صغير، في حين أنه وخلال ممارسة التمارين المكثفة، ينتج أكثر من 1000 واط، أي ما يعادل حرارة جهاز ميكروويف أثناء عمله. يقول بيتز إن العضلات لدى الإنسان غير فعالة على الإطلاق.
فعندما يحترق الوقود في محرك السيارة، يتحوّل نحو 60 في المائة أو 70 في المائة منه لتشغيل العجلات. من ناحية أخرى، تخسر عضلات الإنسان نحو 90 في المائة من طاقتها على شكل حرارة. ويضيف بيتز أنه في الدقيقة التي يبدأ فيها الإنسان بالجري أو المشي في أجواء حارة، سيمتص مزيداً من الحرارة التي ستتبدّد في الجوّ لاحقاً.

حرارة الإنسان

تبلغ درجة الحرارة القصوى لجسم الإنسان بين 36.5 و37.5 درجة مئوية، وهي الدرجة المثالية لحصول عملية التمثيل الغذائي، وأداء الأنزيمات والبروتينات الأخرى لوظائفها بفعالية مطلقة. ساهمت ملايين السنوات من التطور في السافانا الأفريقية في ابتكار أنظمة متقدمة للتبريد لضمان استقرار حرارة الجسم البشري في وسط هذا الفارق الضئيل. عندما ترتفع معدلات الحرارة يتمّ التنظيم الحراري بشكل إرادي من خلال بعض التصرفات كالتخلص من الملابس وشرب المياه وتهوية الجسم، وبشكل غير إرادي، من خلال الجهاز العصبي الأوتوماتيكي. ينشط هذا الجهاز غير الواعي عبر مستقبلات حرارية موجودة في الجلد والعضلات والمعدة وغيرها من المناطق لضبط تغيرات درجة الحرارة. وتعمل هذه المستقبلات على تنبيه منظّم الحرارة في الدماغ، أي «الوطاء»، والذي يعمل بالتالي على تحريك انفعالات كالتعرق ودفع الدم إلى السطح، للتخلّص من الحرّ بشكل أسهل نحو البيئة الخارجية المحيطة.
ولكن للحصول على تعرّق صحي وفعال، يتوجب على الإنسان أن يحافظ على استقرار معدّل دمه. ففي حال عانى من جفاف مفرط، أو فشل في أي جزء آخر من الجسم، ستبدأ حرارته جسده بالارتفاع حتى الـ40 درجة. في هذه المرحلة، يتحوّل الوضع من توتر الحرّ، الذي تظهر بسببه بشرته حمراء ومتعرقة، إلى نوبة حرّ، لتتحوّل البشرة فجأة إلى بيضاء جافّة الملمس. ينتج هذا التحوّل عن توجيه الدّم من جديد نحو الأعضاء الحيوية في محاولة للحدّ من ضرر نقص الأكسجين أو ما يعرف بـ«نقص التأكسج» الناتج عن جريان الدمّ بالقرب من البشرة. يقول بيتز إن نحو 70 في المائة من الناس الذين يعيشون حالة مشابهة يصلون إلى الموت أو يصابون بفشل أكثر من عضو.

إنقاذ البيئة

غائلباً ما يتمّ تشخيص الوفيات الناتجة عن نوبات ارتفاع الحرارة على أنها حالات فشل قلبي، لأن القلب يعمل عادة على ضخّ الدم إلى الأطراف، ولكن «نقص التأكسج» هي حالة شائعة أخرى للموت، بحسب ما يقول مورا. في الواقع، تمكّن فريقه أخيراً من تحديد 72 طريقة على الأقلّ يمكن للحرّ أن يكون سبباً للموت فيها.
تحصل أولى هذه الحالات في القناة الهضمية، على حدّ تعريفه، إذ قال إن الدم يذهب إلى الجلد، في حين ينقطع عن أعضاء أخرى من بينها الأمعاء. تعتبر حالة «نقص التأكسج» مضرّة للقناة الهضمية بالدرجة الأولى لأنها قد تتسبب في تفسخ بطانة المعدة وإفراز محتوى الأمعاء في مجرى الدّم، مما يطلق استجابة مناعية قوية جداً.

تؤدي هذه الاستجابة إلى فبركة عدد هائل من كريات الدم البيضاء التي تتسبب في تجلّط غالبية الأعضاء. يمكن للحرّ أن يؤدي إلى قتل الأعضاء بشكل مباشر أيضاً، عندما يكون شديداً جداً بحيث يمنع البروتينات من العمل. يعتبر انهيار العضلات سبباً آخر للموت، إذ يدخل خضاب العضل وينتشر في الدم، ويؤدي أخيراً إلى تجلّط أعضاء كالكلى والكبد والرئتين.
يعتبر كبار السنّ أكثر عرضة لنوبات الحرّ من غيرهم لأنهم غالباً ما يعانون من ضعف في القلب، وتراجع فعالية التعرّق لديهم. يتعرّض الأطفال لخطر كبير أيضاً، لأن أجسامهم الصغيرة تتطلب وقتاً أقلّ لترتفع درجات حرارتها، وتمتص الحرّ أسرع من غيرها. والأشخاص الذين يتناولون الأدوية أضعف من غيرهم في مواجهة الحرّ، لأنه وبحسب مورا، تعمل بعض الأدوية على إتلاف قدرة الجسم على إدراك مخاطر درجة الحرارة المرتفعة. ولكن لا أحد محصّن ضدّ نوبات الحرّ القاتلة، ومع ذلك، تتميّز أجسادنا بقدرة ملحوظة على التأقلم، شرط أن تكون الرطوبة منخفضة بحيث تسمح بالتعرّق الفعال. يتطلّب الجسم نحو أسبوع من التعرّض للحرارة المرتفعة قبل أن يبدأ نظام التأقلم الحراري فيه بتعديل نفسه، ومن ثمّ يبدأ الجسم بالتعرّق مبكراً وبشكل غزير بفعل اللهيب، وتتغيّر تركيبة العرق، بشكل يخسر فيه الجسم شوارد بوتاسيوم وصوديوم أقلّ للحفاظ على مستوى الدمّ. وبالطبع، توجد دائماً بعض الوسائل التي تمكننا من تعديل سلوكنا بهدف تخفيف الحرّ المفرط.
قد تتمكّن البشرية، إن حظيت بالوقت الكافي، من التطوّر بشكل يسمح لها باحتمال الحرّ الشديد بشكل أكبر، فنحن نملك سلفاً المواد الخام المطلوبة للعمل على هذا التطوّر. إذ هناك اختلافات كبيرة بين الناس فيما يتعلّق بكمية التعرّق، وعدد وكثافة الغدد العرقيّة التي يملكونها. ورغم ذلك، سيكون من الصعب علينا أن نتأقلم مع درجة حرارة هواء تصل إلى 35 درجة دون بروتينات أقوى قادرة على العمل في ظلّ حرارة شديدة الارتفاع، حتى إن هذا الأمر سيتطلب تغييرات جذرية في تركيبتنا البيولوجية الأساسية.
الوقت ليس حليفاً لنا، ولكن في حال لم نتمكّن من تعويد أجسادنا، يمكننا على الأقلّ أن نعدّل بيئتنا المحيطة للحدّ من تأثير درجات الحرارة المرتفعة.



لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني
TT

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

صمم نظام ذكاء اصطناعي جديد توربين رياح لأول مرة في التاريخ، وفقاً لمطوره.

نظام ذكاء هندسي ثوري

وأعلنت شركة «EvoPhase» البريطانية أن الذكاء الاصطناعي الخاص بها تخلى عن جميع القواعد الراسخة في هندسة مثل هذه الأجهزة. وبناءً على اختباراتها، فإن اختراعها أكثر كفاءة بسبع مرات من التصميمات الحالية.

تتكون «شفرة برمنغهام» The Birmingham Blade -كما تسمي الشركة التوربين- من ست أذرع موازية للأرض متصلة بمحور عمودي مركزي. وتحتوي كل ذراع على شفرة رأسية، وسطح به موجتان تغيران زاوية هجومهما عبر ارتفاعها وطولها.

لعمل مع سرعات رياح منخفضة

يتم تحسين توربينات الرياح التقليدية لسرعات رياح تبلغ نحو 33 قدماً في الثانية. في المقابل، تم تصميم «الشفرة» لسرعات الرياح المتوسطة المنخفضة النموذجية للمناطق الحضرية مثل برمنغهام، والتي تبلغ نحو 12 قدماً في الثانية. هذا يزيد قليلاً عن ثمانية أميال (13كلم تقريباً) في الساعة.

وتم تحسين التصميم للعمل بين المباني الشاهقة التي تنتج أنماط اضطراب تؤثر على فاعلية تصميمات التوربينات الحضرية الأخرى. وإذا ثبت أن هذا صحيح، فقد يفتح التصميم الباب أمام إنتاج كهرباء غير محدود في المباني المكتبية والسكنية بتكلفة تكاد تكون معدومة.

يقول ليونارد نيكوسان، كبير مسؤولي التكنولوجيا في الشركة، في بيان صحافي: «كان استخدام الذكاء الاصطناعي ضرورياً للتحرر من التحيزات طويلة الأمد التي أثرت على تصميمات التوربينات خلال القرن الماضي. سمح لنا الذكاء الاصطناعي باستكشاف إمكانيات التصميم خارج نطاق التجارب البشرية التقليدية».

وفقاً لنيكوسان، تمكن المصممون من «توليد واختبار وتحسين أكثر من 2000 تصميم لتوربينات الرياح في غضون أسابيع قليلة، ما أدى إلى تسريع عملية التطوير لدينا بشكل كبير وتحقيق ما كان يستغرق سنوات وملايين الجنيهات من خلال الطرق التقليدية».

سحر «التصميم التطوري»

«التصميم التطوري الموجه بالذكاء الاصطناعي» هو منهجية تقوم على نفس فكرة الانتقاء الطبيعي. تبدأ العملية بتوليد آلاف المتغيرات التصميمية التي يتم تقييمها وفقاً لوظيفة «البقاء للأفضل»، والتي تحدد مدى نجاح كل متغير في تلبية أهداف المشروع. ويختار الذكاء الاصطناعي أفضل البدائل لاستخدامها أساساً لتكرارات جديدة، وإعادة الجمع بين الميزات وتنويعها لتطوير إصدارات محسنة.

تتكرر هذه الخطوات حتى يصل الذكاء الاصطناعي إلى حل يحقق تحسين جميع العلامات المهمة مثل الكفاءة الديناميكية الهوائية، والاستقرار الهيكلي، والوزن، أو الاكتناز.

تقول الشركة إن عمليتها تتجنب التحيزات البشرية الموجودة في الهندسة التقليدية. بطبيعتها، تكون الهندسة التقليدية محدودة بالأفكار والمعرفة السابقة.

من ناحية أخرى، يستكشف الذكاء الاصطناعي مجموعة واسعة من الاحتمالات دون القيود في العقل البشري. عندما تجمع بين جيل الذكاء الاصطناعي والتكرار التطوري، يمكن أن يؤدي هذا إلى نتائج مبتكرة تتحدى غالباً الفطرة السليمة ولكنها لا تزال تعمل.

إن نهج التصميم التطوري هذا ليس جديداً تماماً، إذ استخدمت صناعة الطيران والفضاء برامج بهذه القدرات لسنوات. ومثلاً استخدمت شركة «إيرباص»، بالتعاون مع شركة «أوتوديسك»، عملية مماثلة لتصميم حاجز مقصورة خفيف الوزن للغاية لطائراتها من طراز A320وظهرت النتيجة مستوحاة من هياكل العظام الطبيعية، ما أدى إلى انخفاض الوزن بنسبة 45 في المائة مقارنة بالهياكل المماثلة المصممة بالطرق التقليدية.

كما طبقت شركة «جنرال إلكتريك» الخوارزميات التطورية في إعادة تصميم حامل محرك نفاث جديد، مما أدى إلى انخفاض وزن القطعة بنسبة 80 في المائة. وتستخدم وكالة «ناسا» أيضاً هذه التقنية منذ سنوات، ففي عام 2006 استخدمت الوكالة خوارزمية تطورية لتصميم «هوائي متطور».

نجاح توربين «برمنغهام بليد»

لقد طبق فريق المصممين بقيادة الدكتور كيت ويندوز - يول من جامعة برمنغهام هذه العملية التطورية لحل مشكلة تكافح العديد من تصميمات التوربينات لمعالجتها: كيفية العمل بكفاءة في البيئات الحضرية، حيث تكون الرياح أبطأ وأكثر اضطراباً بسبب المباني.

ويقول نيكوسان: «كنا بحاجة إلى توربين يمكنه التقاط سرعات الرياح المنخفضة نسبياً في برمنغهام مع إدارة الاضطرابات الناجمة عن المباني المحيطة. وكان لا بد أن يكون التصميم أيضاً مضغوطاً وخفيف الوزن ليناسب التركيبات على الأسطح».

* مجلة «فاست كومباني» خدمات «تريبيون ميديا»