مشروع سكني بالطباعة التجسيمية للعيش المستدام

قطاع البناء يولد الحصة الأكبر من انبعاثات غازات الدفيئة عالمياً

مشروع سكني بالطباعة التجسيمية للعيش المستدام
TT

مشروع سكني بالطباعة التجسيمية للعيش المستدام

مشروع سكني بالطباعة التجسيمية للعيش المستدام

اليوم، وبينما تواصل البشرية معركتها مع أزمة مناخية تطول تأثيراتُها السلبية جميع الصناعات، تحتل التصميمات المستدامة صدارة عالم التصميم. وتبدو الاستدامة في عالم العمارة مهمة صعبة نظراً لحجم التصميم المطلوب، ولكن إيجاد الحلول الصحيحة سيولد آثاراً كبيرة لإحداث الكثير من التغييرات الإيجابية.

سكن مستدام
تواجه العالم، اليوم، حقيقة مدهشة بعض الشيء، وهي أن قطاع البناء يولد الحصة الأكبر من انبعاثات غازات الدفيئة عالمياً، أي 39 في المائة منها... مقابل قطاع الطيران الذي لا تتعدى حصته 2 في المائة. وفي الواقع، ينتج الإسمنت وحده ما يقارب 8 في المائة من انبعاثات غازات الدفيئة العالمية، ما يعكس أهمية تطوير مساكن مبنية بطريقة مستدامة.
ولهذا السبب، قررت شركتا «ماريو كوتشينيلا أركيتكتس» و«واسب» (WASP) المضي نحو هذا الحل وصممتا مشروع «تيكلا» الذي يرتكز على بناء مساكن بواسطة الطباعة التجسيمية (ثلاثية الأبعاد) وباستخدام مواد طبيعية.
بدأ مشروع «تيكلا» TECLA للعمارة كنموذج تجريبي عام 2019، بالقرب من مدينة بولونيا في إيطاليا للاستجابة لمشاكل اجتماعية ملحة ناتجة عن انفجار سكاني متصاعد أدى إلى نقص حاد في المساكن ذات الأسعار المعقولة.
وُلد المشروع بالاعتماد على مواد مُعاد استخدامها وتدويرها مستخرجة من الأرض المحلية، ويهدف إلى تأمين نموذجٍ للسكن الدائري الاقتصادي المناسب لمحدودي الدخل. وقد صممت هذا المسكن شركة «ماريو كوتشينيلا أركيتكتس» ونفذته على أرض الواقع شركة «واسب» لتقنيات الهندسة والطباعة.
يُعد «تيكلا» أول المشروعات المبنية بالكامل من الطباعة ثلاثية الأبعاد، ومن طين محلي المصدر استخدم لقرون في دول كالهند كبديل للإسمنت، غير مكلف وصديق للبيئة. ويتميز الطين بقابلية التحلل وإعادة التدوير ويعد بتصفير النفايات الصادرة عن هذا البناء.

تأقلم مع المناخ
استوحت الشركتان اسم المشروع من مدينة خيالية تحدث عنها الكاتب إيتالو كالفينو، وسيتم بناؤه باستخدام عدد من الطابعات ثلاثية الأبعاد، التي ستعمل مع بعضها في وقتٍ واحدٍ، الأمر الذي سيُعتبر إنجازاً بحد ذاته نظراً لحجم المشروع.
صُمم المشروع السكني وبُني ليتأقلم مع بيئات متعددة، وفقاً لموقع «يانكو ديزاين»، وليكون قادراً على الإنتاج الذاتي باستخدام «أدوات صانع الاقتصاد المبتدئ» من «واسب». يسهم هذا المشروع في تقليل النفايات الصناعية وينشّط الاقتصادات المحلية والوطنية باستخدام نموذج مستدام يتطلب مشاركة السكان، ما سيسهم في تمتين المجتمع والصحة البيئية. طُور المشروع بكامله بالاعتماد على بحث مستفيض قامت به مؤسسة مدرسة الاستدامة التي أنشأها ماريو كوتشينيلا نفسه، واستكشف هذا البحث القيم أسباب وآثار التشرد بناءً على دراسة حالات في مناطق مختلفة بمناخات مختلفة.
في النتيجة، نجحت الشركتان في تصميم مشروع سكني قادر على الصمود في أي مناخ مع الحفاظ على فاعليته على صعيد الطاقة، على عكس المساكن ونماذج البناء التقليدية. ويشكل «تيكلا» اليوم موضوع دراسة قد تتحول إلى قاعدة للمدن البيئية المكتفية ذاتياً.



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»