خرائط لتحركات المخلوقات الكبيرة والصغيرة في المحيطات

رسمها 58 باحثاً من جامعة «كاوست» ومن عشرات المؤسسات البحثية حول العالم

الحيوانات البحرية الكبيرة تتحرك عبر مياه السواحل والمحيطات بأشكال مختلفة... لكنها ثابتة
الحيوانات البحرية الكبيرة تتحرك عبر مياه السواحل والمحيطات بأشكال مختلفة... لكنها ثابتة
TT

خرائط لتحركات المخلوقات الكبيرة والصغيرة في المحيطات

الحيوانات البحرية الكبيرة تتحرك عبر مياه السواحل والمحيطات بأشكال مختلفة... لكنها ثابتة
الحيوانات البحرية الكبيرة تتحرك عبر مياه السواحل والمحيطات بأشكال مختلفة... لكنها ثابتة

يختلف الحوت والسلحفاة في الحجم والشكل ونمط الحياة، ولكن أنماط حركتهما متشابهة على نحو مدهش، وفق ما تكشف عنه أكبر مجموعة من بيانات الحركة لمجموعة متنوعة من الفقاريات البحرية الكبيرة.
وقد جمع فريق دولي يتكون من 58 باحثاً من 9 دول، و45 مؤسسة بحثية، مجموعة بيانات مأخوذة عن بُعد بواسطة الأقمار الصناعية، لمجموعة متنوعة من الحيوانات البحرية الضخمة، تتضمن أكثر من 2.8 مليون موقع لأكثر من 2600 حيوان متعقَّب منفرداً. وبالنسبة لبعض الأنواع تشمل بيانات مُسجلة منذ وقت بعيد يعود إلى عام 1985.
إن معرفة كيف تتحرك الحيوانات الضخمة خلال البيئات الساحلية والمحيطية سوف تساعد مديري الحياة البحرية على التوصل إلى فهم أفضل لتأثير الأنشطة البشرية على هذه الحيوانات، وتحديد مواطنها من أجل الحفاظ عليها، وفقاً للبروفسور كارلوس دوارتي، أستاذ علوم البحار والمؤلف المشارك في الدراسة من «جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست)»، وأحد مؤسسي الجهد التعاوني الدولي المسمى «البرنامج التحليلي لحركة الحيوانات البحرية الضخمة».
تضمنت الحيوانات المتعقَّبة 50 نوعاً من الحيوانات البحرية الضخمة التي يَفصِل بينها ملايين السنين من ناحية التطور وتستخدم طرقاً مختلفة للتَنَقُّل؛ فهي إما تطير أو تسبح أو تمشي أو تُجَدِّف.
وراقب الفريق سرعة وحركة أنواعٍ من: السلاحف، والقروش، والدلافين، وسباع البحر، والحيتان، وطيور بحرية، كالبطاريق والنوارس وجَلَم الماء.
مثل تلك المجموعة الهائلة والمتنوعة من البيانات تُمكِّن العلماءَ من استخلاص نتائج لا يمكن استخلاصها من بيانات حركة نوعٍ واحدٍ من الحيوانات. ويوضح دوراتي أن التطور الأهم الذي تقدمه النتائج التي أورِدَت، لا ينبع فقط من إمكانية مقارنة أنواع متعددة من الحيوانات البحرية التي تمتلك طرقاً مختلفة للتَّنَقّل، بل أيضاً من استكشاف التباين بين أفراد النوع الواحد.
ويضيف: «أكد ذلك أن أنماط الحركة الثابتة ثباتاً ملحوظاً، ومرونتها مع موطن المعيشة، تنطبق عند المقارنة بين أنواع مختلفة اختلافاً شاسعاً مثل السلاحف والحيتان، وكذلك عند المقارنة بين أفرادٍ من نوعٍ واحد تعيش في مواطن مختلفة».
كما توصلت الدراسة إلى أن أنماط الحركة تتحدد بدرجة كبيرة وفق الأنواع، ولكنها تتأثر أيضاً بالموطن الذي تتنقل عبره. ويبين البروفسور دوراتي أنه، وفي المحيط المفتوح، تميل الحيوانات إلى التحرك في مسارات أكثر استقامة، وهو ما يعكس الحركة نحو موقع محدد. أما على الساحل فتتحرك على نحو أكثر تقلباً، بما يتفق مع سلوك البحث، وهو ما يعكس أن الحيوان يكون في طور البحث عن طعام يقظاً تجاه الحيوانات المفترسة.
كما يوضح أستاذ علوم البحار من «كاوست»؛ البروفسور مايكل بيرومن - وهو مؤلف آخر مشارك في الدراسة من «كاوست» - كيفية تسخير هذه المعلومات في تحقيق فائدة محتملة فيما يتعلق بحفظ الأنواع، فيقول: «بينما أظهرت حركة الحيوانات في المحيط المفتوح اتساقاً مُدهشاً في أنماط حركتها، فإن الحيوانات في المواطن الساحلية تمتلك مرونة أكبر بكثير، وبالتالي ربما تكون لديها مقدرة أكبر على التكيف مع التعديلات التي يُدخلها البشر على الأنظمة البيئية الساحلية».



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»