طوبة بناء جديدة من مرشحات السجائر

TT

طوبة بناء جديدة من مرشحات السجائر

ما العلاقة بين مرشحات السجائر وطوب البناء؟ ربما لا تبدو هناك أي علاقة، لكن فريقاً بحثياً من الجامعة البريطانية بمصر يضم ماريان نبيل ورانيا رشدي، المدرستين بقسم الهندسة المعمارية، مع المهندس كريم جلال، كان له رأي مختلف من خلال استخدام مرشحات السجائر في طوب البناء.
وتشكل مرشحات السجائر (الفلتر) واحدة من أشكال النفايات الرئيسية في العالم؛ حيث ينتج من تريليونات السجائر المنتجة كل عام، كمٌّ كبير جداً من الفلاتر، وهي مشكلة يبدو أثرها البيئي واضحاً في شوارع مصر، بسبب إنتاج سنوي يقدر بقرابة 90 مليار سيجارة سنوياً.
ولا يوجد أي فرصة لإعادة تدوير هذه الفلاتر؛ لأن من الصعب ضمان تحطيم المواد الكيميائية المحاصرة داخلها؛ لذلك كانت الطريقة الأنسب لإيجاد استخدام لها هو وضعها ضمن خلطة طوب البناء.
وخلال دراسة نُشرت في دورية «معالجة المخلفات لأغراض البيئة والتنمية»، خلال شهر أكتوبر (تشرين الأول) الماضي، أعلن الفريق البحثي عن تفاصيل تجربته، والتي تتضمن إنتاج عينتين من الطوب الطيني المحروق مع مرشحات السجائر بنسبة 5 في المائة و10 في المائة.
وقام الفريق البحثي في البداية بالاتفاق مع أحد المقاهي على أن يطلب من عملائه توفير مرشحات السيجارة المستعملة بدلاً من التخلص منها في القمامة، تم بعد ذلك جمع المرشحات ونقعها في ماء بارد لتسهيل إزالة ورق تغليف السدادة وترك المرشحات فقط، ثم تم وضع المرشحات في الفرن عند 100 درجة مئوية لمدة 24 ساعة لتطهيرها، وعند إخراجها من الفرن يتم غلقها في أكياس بلاستيكية.
بعد ذلك، تم جمع التربة المطلوبة التي سيتم استخدامها في إنتاج الطوب من أحد مصانع الطوب، وكانت نسبة الرمل إلى الطين بها (1: 3)، وتم تخميرها بواسطة إضافة كمية قليلة من الماء لمدة يومين لتكون جاهزة للاستخدام.
جاءت بعد ذلك، الخطوة الثالثة التي تضمنت خلط مرشحات السجائر مع التربة في عينتين، عينة منهما كانت نسبة الخلط 5 في المائة من مرشحات السجائر، والأخرى 10 في المائة، وكان الماء يضاف لزيادة اللدونة أثناء الخلط، وتم وضع الخليط في القوالب الخشبية التي سيأخذ الطوب شكلها.
تم ترك الطوب بعد ذلك ليجف في الشمس لمدة ثلاثة أيام، ثم تم استخدام الفرن عند درجة حرارة 950 درجة مئوية لمدة 24 ساعة لحرقه، وتُرك بعدها لمدة يوم من أجل التبريد.
اختبرت خواص الطوب الطيني المحروق في أحد المكاتب الاستشارية الهندسة، حيث غطت الاختبارات معايير الكثافة الجافة، معدل امتصاص الماء وقوة الضغط، وكانت النتائج تشير إلى أن الطوبة المنتجة جيدة من حيث الاستخدام في الجدران غير الحاملة، وكانت العينة التي تتضمن إضافة 5 في المائة من المرشحات أفضل من الـ10 في المائة، التي ظهرت بها بعض التشققات في سطح الطوبة.
وعن إمكانية الانتقال بهذه الفكرة للتطبيق العملي تقول الدكتورة ماريان نبيل لـ«الشرق الأوسط»، «هناك صعوبة عملية في توفير مرشحات السجائر للإنتاج التجاري للطوبة، بسبب عدم وجود ثقافة فصل المخلفات في المنازل والمؤسسات بالعالم العربي، لكن على الأقل أثبتنا في بحثنا أنه متى توافرت هذه الثقافة، أو وجد أحد المستثمرين طريقة اقتصادية لتجميع هذه الفلاتر، فإن استخدامها ممكناً».



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»