جهاز جديد يحوّل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب

تصميم مبتكر يعمل بكبسة زرّ

جهاز جديد يحوّل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب
TT

جهاز جديد يحوّل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب

جهاز جديد يحوّل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب

تحتوي الأرض على أكثر من 326 مليون تريليون غالون من المياه، غير أن أقلّ من 3 في المائة منها عذبة وصالحة للشرب، وثلثاها محبوس في جبال الجليد والأغطية الجليدية القطبية أو على مسافات بعيدة في باطن الأرض. باختصار، يحصل البشر على 0.5 في المائة فقط من مياه كوكبنا للشرب.

مياه صالحة
ولكن هذا الأمر على وشك أن يتغيّر، بعد أن طوّر باحثو معهد ماساتشوستس للتقنية جهازاً محمولاً وسهل الاستخدام يحوّل المياه المالحة إلى مياهٍ صالحة للشرب بكبسة زرّ. ونشر الباحثون دراستهم أخيراً في دورية «إنفايرونمنتل ساينس أند تكنولوجي».
يتّسع النموذج التجريبي الحالي من الجهاز للدخول في حقيبة عادية الحجم، ويعالج لتراً من المياه في الساعة، ولكنه سيصبح قادراً على ترشيح 10 أضعاف هذه الكميّة بعد اكتمال تطويره، ليشكّل أداة حيويّة للمجتمعات التي تعيش في الجزر النائية، وعلى متن سفن الشحن، وحتّى مخيّمات اللاجئين القريبة من المياه.
ليس هذا الجهاز الأوّل من نوعه لترشيح المياه المالحة، ولكنّ الأجهزة المستخدمة حالياً عالية الكلفة وتحتاج إلى الكثير من الطاقة لتعمل وتعتمد على مرشحات مكلفة تحتاج إلى الاستبدال بشكل منتظم.
في المقابل، تتطلّب الوحدة الجديدة التي طوّرها باحثو معهد ماساتشوستس طاقة أقلّ من تلك التي يحتاج إليها شاحن الهاتف المحمول، ويمكن مدّها بالطاقة بواسطة لوحٍ شمسي صغير يتّصل بها من الخارج، فضلاً عن أنّها لا تتطلّب تغيير مرشحها لأنّها ببساطة لا تحتوي على مرشح، بل تستخدم نوعين من الحقول الكهربائية للتخلّص من الجزيئات المتنوعة كالملح والبكتيريا والفيروسات.

تصميم مبتكر
يكمن الابتكار الحقيقي في الجهاز الجديد في تصميمه الذي يتيح للنّاس العاديين استخدامه. تدخل المياه المالحة عبر أنبوب إلى داخله، حيث تحصل عملية الترشيح، ومن ثمّ تخرج عبر أنبوبٍ آخر إلى وعاء منفصل نظيفة وصالحة للشرب.
في هيكله الخارجي، يضمّ الجهاز ثلاثة أزرار ظاهرة فقط - الأوّل لتشغيله، والثاني لإطلاق عملية الترشيح، والثالث لإطفائه، بالإضافة إلى شاشة تعلم المستخدم أنّ المياه أصبحت صالحة للشرب.
تتيح جميع هذه الخصائص استعمال الابتكار الجديد في المناطق المحدودة الموارد - شرط أن يسعى الفريق البحثي إلى تقليل كلفته التي تتراوح حالياً بين 4 و6 آلاف دولار، أي نفس كلفة الأجهزة الأخرى. ولكنّ جونغيو يون، العالم الذي طوّر الجهاز وشارك في إعداد الدراسة من مختبر أبحاث الإلكترونيات التابع للمعهد، يتوقّع أنّ يتمكّن الفريق من تخفيض كلفة صناعة الجهاز بنحو 1500 دولار؛ ما سيعزّز فرص حصول المنظّمات غير الحكومية عليه.
يتوقّف هذا الأمر على التصميم النهائي وصناعة الجهاز طبعاً. يقول يون، إنّ النموذج التجريبي الحالي يتّسع في حقيبة عادية اشتراها من أحد المواقع الإلكترونية، ولكنّه يأمل في الحصول على استثمار بقيمة مليون دولار يساعده في نقل المنتج من المختبر إلى المصنع ليتمكّن الفريق البحثي من تجربة عمليات صناعية أخرى كحقن اللدائن.
ويتوقّع الباحثون أن يصبح النموذج التجريبي النهائي جاهزاً في نهاية العام المقبل - ليقرّبنا خطوة إضافية من تحرير الكميات الهائلة العالقة من المياه.
* فاست كومباني»
- خدمات «تريبيون ميديا»



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»