قريباً... يمكنك شحن أجهزتك من ضوء القمر والشموع

منتجات تستخدم خلايا «باورفويل» الشمسية (موقع شركة «إكسجير»)
منتجات تستخدم خلايا «باورفويل» الشمسية (موقع شركة «إكسجير»)
TT

قريباً... يمكنك شحن أجهزتك من ضوء القمر والشموع

منتجات تستخدم خلايا «باورفويل» الشمسية (موقع شركة «إكسجير»)
منتجات تستخدم خلايا «باورفويل» الشمسية (موقع شركة «إكسجير»)

كل ست ثوان، تخرج طابعة سرية في مصنع بشمال ستوكهولم لوحاً من 108 خلايا طاقة شمسية صغيرة يساوي آلاف الدولارات.

ويقول مؤسس المصنع، إن هذه الخلايا الشمسية ستدخل قريباً إلى كل الأدوات التي نستخدمها في الحياة اليومية مثل لوحات المفاتيح وسماعات الرأس، وستغير شكل تعاملنا مع التكنولوجيا وعلاقتنا بالضوء.

لم يكن يخطر على البال أن تكون السويد مصدر أي اختراع يتعلق بالطاقة الشمسية، لأن الشمس لا تكاد تظهر خلال شهور الشتاء، وهو بالضبط السبب الذي دفع جيوفاني فيلي، الشريك المؤسس لشركة «إكسجير» لأن يفكر فيما هو أبعد من الشمس مصدراً للطاقة.

يمكن للخلايا الضوئية التي تنتجها الشركة توليد الطاقة من أي مصدر للضوء، من ضوء الشمس إلى الشموع وحتى ضوء القمر.

ويوضح جيوفاني، في حديث إلى صحيفة «إندبندنت»، قائلاً: «مثل الطحالب التي تعيش في أعماق المحيط حيث الظلام الدامس، يمكننا استخدام أدنى قدر ممكن من الفوتونات في الخلايا الجديدة».

خلايا الطاقة الشمسية «باورفويل» (موقع شركة «إكسجير»)

الخلايا الشمسية ليست جديدة وموجودة منذ عقود، فالآلات الحاسبة التي تعمل بالخلايا الشمسية في الأماكن المغلقة صدرت في سبعينات القرن الماضي، لكن خلايا السليكون التي كانت مستخدمة في هذه الأجهزة تنتج طاقة ضئيلة للغاية وحساسة جداً، ولا يمكن دمجها بسهولة مع أجهزة أخرى بخلاف الآلات الحاسبة.

أتت الخلايا الشمسية الحالية من اكتشاف حدث في عام 1988 على يد مجموعة من العلماء من جامعة بيركلي الأميركية، حيث ابتكروا خلايا حساسة للصبغة شبه شفافة وشبه مرنة، قليلة التكلفة وعالية الكفاءة، مما مهد لاستخدامها تجارياً.

وبعد أكثر من 20 عاماً، فيلي وشريكه في شركة «إكسجير» هنريك ليندستروم ابتكرا مادة جديدة أفضل بنحو ألف مرة من المادة القديمة من ناحية التوصيل. هذا الابتكار هو أساس منتجهم الذي أطلقوا عليه اسم خلايا «باورفويل»، وهي خلايا شمسية ليست مغطاة بطبقة زجاجية مثل الخلايا الحالية ولا تقل فاعليتها في الظل، وتشبه الجلد فيمكن أن تدخل في صناعة طيف واسع من المنتجات وهي مقاومة للماء والغبار وضد الكسر.

يمكن لمصنع «إكسجير» أن ينتج 2.5 مليون متر مربع من الخلايا الشمسية كل عام، مما يجعله الأكبر في أوروبا. ويقول فيلي: «تكنولوجيا إكسجير ستؤثر في حياة مليار شخص بحلول عام 2030».

خلايا الطاقة الشمسية «باورفويل» (موقع شركة «إكسجير»)

وهناك 6 منتجات بالفعل تستخدم خلايا «باورفويل» منها سماعات للرأس وسماعات لاسلكية وواقي رأس لراكبي الدراجات.

ويشير فيلي إلى أن متانة خلايا «باورفيل» تعني أنه لا حدود لاستخدامها، ما عدا الأجهزة كثيفة الاستهلاك للطاقة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف النقالة، ومع ذلك تستكشف «إكسجير» إمكانية تصنيع واقٍ للأجهزة اللوحية، مما يجعله لا يحتاج إلى الشحن.

ويضيف: «أحفادنا سوف يضحكون علينا لأننا كنا نستخدم الأسلاك». ويقول فيلي إنه لاحظ أن مستخدمي المنتجات التي تحتوي على خلايا (باورفيل) أصبحوا منتبهين للضوء في حياتهم، موضحاً: «لأن الضوء أصبح يعني الطاقة».


مقالات ذات صلة

ثورة في تجفيف الأغذية باستخدام الذكاء الاصطناعي والمستشعرات البصرية

تكنولوجيا تتناول دراسة جامعة إلينوي ثلاث تقنيات ناشئة يمكن أن تُحدث تحولاً في صناعة الأغذية (أدوبي)

ثورة في تجفيف الأغذية باستخدام الذكاء الاصطناعي والمستشعرات البصرية

تركّز الدراسة على ثلاثة أنظمة استشعار بصرية لتحسين جودة الأغذية المجففة.

نسيم رمضان (لندن)
تكنولوجيا من غير المتوقع ظهور التحديث التالي لأجهزة «Surface Pro» و«JSurface Laptop» الموجهة للمستهلكين قبل نهاية العام (أدوبي)

«مايكروسوفت» تستعد لإعلان مهم لسلسلة «Surface» نهاية يناير

تم الكشف عن هذه الأخبار من خلال حساب «سيرفس» (Surface) الرسمي على «لينكد إن».

نسيم رمضان (لندن)
تكنولوجيا استقطبت دورة هذا العام أكثر من 100 ألف مشارك وشركة عارضة في مدينة لاس فيغاس (CES)

اختتام معرض «CES» بابتكارات تعكس توجه مستقبل التكنولوجيا الاستهلاكية

في لاس فيغاس كمبيوترات قابلة للطي، وشاشات فائقة السطوع، وساعات اللياقة الذكية وأجهزة للعرض المنزلي وغيرها.

نسيم رمضان (لندن)
تكنولوجيا يعد «Daily Listen» من «غوغل» نموذجاً مثيراً لكيفية تطور الوسائط الشخصية في السنوات القادمة (أدوبي)

بودكاست من «غوغل» يُقدمه اثنان من روبوتات الدردشة فقط!

روبوتا الدردشة يناقشان مواضيع تتماشى تماماً مع اهتماماتك الخاصة بناءً على تاريخ بحثك ونشاطك.

نسيم رمضان (لندن)
خاص «آي بي إم»: فجوات المهارات وتعقيد البيانات والتكاليف والحوكمة تشكل تحديات رئيسية أمام الذكاء الاصطناعي في الشرق الأوسط (شاترستوك)

خاص مدير عام «آي بي إم» لـ«الشرق الأوسط»: الذكاء الاصطناعي قادر على جني 4 تريليونات دولار سنوياً

يعدّ سعد توما مدير عام «آي بي إم» في الشرق الأوسط وأفريقيا خلال لقاء مع «الشرق الأوسط»، أن الذكاء الاصطناعي «ليس مجرد أداة أخرى، بل ورشة عمل بأكملها».

نسيم رمضان (لندن)

ثورة في تجفيف الأغذية باستخدام الذكاء الاصطناعي والمستشعرات البصرية

تتناول دراسة جامعة إلينوي ثلاث تقنيات ناشئة يمكن أن تُحدث تحولاً في صناعة الأغذية (أدوبي)
تتناول دراسة جامعة إلينوي ثلاث تقنيات ناشئة يمكن أن تُحدث تحولاً في صناعة الأغذية (أدوبي)
TT

ثورة في تجفيف الأغذية باستخدام الذكاء الاصطناعي والمستشعرات البصرية

تتناول دراسة جامعة إلينوي ثلاث تقنيات ناشئة يمكن أن تُحدث تحولاً في صناعة الأغذية (أدوبي)
تتناول دراسة جامعة إلينوي ثلاث تقنيات ناشئة يمكن أن تُحدث تحولاً في صناعة الأغذية (أدوبي)

يُعد تجفيف الأغذية عملية أساسية تُستخدم للحفاظ على مجموعة متنوّعة من المنتجات من الفواكه إلى اللحوم. ومع ذلك، غالباً ما تؤدي الطرق التقليدية للتجفيف إلى التأثير سلباً في جودة الغذاء وقيمته الغذائية. يقدّم باحثون من جامعة «إلينوي في أوربانا - شامبين» تقنيات دقيقة متطورة تستفيد من المستشعرات البصرية والذكاء الاصطناعي لتحسين كفاءة ودقة تجفيف الأغذية.

التجفيف الذكي

تتطلّب أنظمة التجفيف التقليدية إزالة العينات بشكل متكرر لمراقبة تقدّم العملية؛ مما يجعلها مستهلكة للوقت وغير فعّالة في كثير من الأحيان. على النقيض من ذلك، يسمح التجفيف الدقيق، أو ما يُعرف بالتجفيف الذكي، بالمراقبة المستمرة في الوقت الفعلي؛ مما يُحسّن الدقة والكفاءة.

يوضح الأستاذ المساعد في قسم الهندسة الزراعية والبيولوجية بجامعة إلينوي الأميركية، محمد كامروزمان، أنه مع التجفيف الذكي يمكن تحسين العملية بأكملها من خلال مراقبتها باستمرار في الوقت الفعلي.

حلّل كامروزمان وفريقه الأبحاث الحالية حول تقنيات التجفيف الدقيقة وتطبيقاتها في صناعة الأغذية. ركزت الدراسة على ثلاثة أنظمة استشعار بصرية، وهي: التصوير بالألوان الثلاثية (RGB) مع الرؤية الحاسوبية، والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR)، والتصوير الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR - HSI)، وتوصلت النتائج إلى أن لكل طريقة مزاياها وتحدياتها؛ مما يوفر خيارات مرنة للصناعة لتحسين عمليات التجفيف.

مع التطورات المستمرة قد يصبح التجفيف الدقيق هو المعيار مما يضمن حفظاً أفضل وتقليل الهدر عبر سلسلة إمداد الأغذية (أدوبي)

فهم التكنولوجيا

- التصوير بالألوان الثلاثية (RGB) مع الرؤية الحاسوبية

يستخدم التصوير بالألوان الثلاثية كاميرات قياسية تلتقط الضوء المرئي في نطاق الألوان الأحمر والأخضر والأزرق. يبرز هذا النظام في تحليل الميزات السطحية مثل اللون والحجم والشكل، ولكنه لا يمكنه قياس الخصائص الداخلية مثل محتوى الرطوبة.

- التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR)

يستخدم التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة الضوء لقياس الخصائص الداخلية، بما في ذلك مستويات الرطوبة. من خلال قياس امتصاص الضوء عند أطوال موجية مختلفة، يوفّر النظام رؤى قيمة حول الخصائص الكيميائية والفيزيائية للغذاء. ومع ذلك، فإن قدرة المسح النقطي لهذا النظام قد تكون محدودة عندما تصبح المادة غير متجانسة في أثناء التجفيف.

- التصوير الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR - HSI)

يجمع «NIR - HSI» بين أفضل ميزات الأنظمة الأخرى؛ حيث يمسح السطح بالكامل، ويستخرج بيانات مكانية وطيفية ثلاثية الأبعاد. يوفّر هذا النظام معلومات دقيقة للغاية حول معدلات التجفيف وخصائص المنتج. ومع ذلك، فإن التكلفة العالية لهذا النظام -أكثر بعشر إلى عشرين مرة من «NIR» ومائة مرة من «RGB»- تشكّل تحدياً كبيراً، بالإضافة إلى متطلبات الصيانة والحوسبة العالية.

الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي: المحركات الأساسية

تتطلّب جميع التقنيات الثلاث استخدام الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي لمعالجة الكميات الكبيرة من البيانات التي تنتجها. يجب تصميم النماذج لتناسب التطبيقات المحددة، خصوصاً في حالة «NIR - HSI» الذي يجمع مجموعات بيانات ضخمة. من خلال دمج هذه التقنيات، تمكّن الباحثون من التغلب على قيود طرق التجفيف التقليدية؛ مما يوفّر قدرات مراقبة في الوقت الفعلي لم تكن ممكنة من قبل.

يضيف كامروزمان أن الدمج بين التصوير بالألوان الثلاثية والاستشعار الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة والتصوير الطيفي مع الذكاء الاصطناعي يمثّل مستقبلاً ثورياً لتجفيف الأغذية.

تسلّط هذه الدراسة الضوء على الإمكانات التحويلية لهذه الابتكارات ودورها في تشكيل مستقبل هندسة الأغذية (أدوبي)

اختبار التكنولوجيا

طوّر فريق البحث نظام تجفيف خاصاً به لاختبار هذه التقنيات. باستخدام فرن حراري، جفّف الفريق شرائح التفاح، وبدأ بالتجربة باستخدام «RGB» و«NIR» ثم دمجوا نظام «NIR - HSI» لاحقاً. أظهرت النتائج الإمكانات الهائلة لدمج هذه الأنظمة البصرية مع الذكاء الاصطناعي لإحداث تحول في عمليات تجفيف الأغذية.

نظرة مستقبلية

أحد أبرز التطلّعات هو تطوير أجهزة «NIR - HSI» محمولة. يمكن لهذه الأدوات تمكين المراقبة المستمرة في بيئات متعددة، مما يوفّر تحكماً في الجودة في الوقت الفعلي ويوسّع تطبيقات التجفيف الدقيق.

مدعومة بمؤسسة «NSF» ومركز الأبحاث المتقدمة في التجفيف «CARD»، تمهّد هذه الدراسة الطريق لحلول مبتكرة في حفظ الأغذية. مع تبني هذه التقنيات، يمكن للصناعات توقع تحسينات كبيرة في الكفاءة والجودة والاستدامة. يمثّل دمج المستشعرات البصرية والذكاء الاصطناعي في تجفيف الأغذية قفزة نوعية للصناعة. من خلال توفير رؤى في الوقت الفعلي والتغلّب على قيود الطرق التقليدية، تعد هذه التقنيات بتحسين مراقبة الجودة وتبسيط العمليات.