الذكاء الاصطناعي والطباعة ثلاثية الأبعاد ترفع كفاءة المكيفات إلى 10 أضعاف الأجهزة الحالية

Preview

تاريخ النشرة : 23-08-2022
يكتبها هذا الأسبوع: عمرو عوض

الأجواء الحارة التي تشهدها معظم أنحاء المنطقة العربية في مثل هذا الوقت من العام، والشعور الداخلي بأن موجات الحر لم تكن بهذه الشدة والاستمرارية في الماضي، تدفع المرء لا إرادياً إلى القلق بشأن المستقبل، والتساؤل: هل سنتمكن من التأقلم مع هذا الزحف المستمر في درجات الحرارة؟ وهل ستتفاقم تأثيرات التغير المناخي فعلاً لدرجة تجعل بعض المناطق غير صالحة للعيش؟

يزداد الأمر سوءاً عندما نسمع عن أخبار تشير إلى أن التغير المناخي أصبح حقيقة واقعة بالفعل، وفي دول لم يألف سكانها موجات الحر، مثل بريطانيا التي تعاني من موجة جفاف قياسية، والصين التي تواجه اليوم أسوأ موجة حارة لها منذ 60 عاماً، لدرجة ظهور "أحجار الجوع المشؤومة" على ضفاف أنهار أوروبا.

في خضم هذه الأفكار القلقة، يعمل مكيف الهواء وأنغمس في العمل. وبعد عدة دقائق أنسى كل شيء، آملاً أن يجد البشر حلولاً حقيقية سريعة قبل أن تصل الأمور إلى نقطة اللاعودة.

اتجاه عكسي
المفارقة هنا أن مكيف الهواء الذي ينسينا الوضع في الخارج هو أحد أسباب المشكلة. بالتوازي مع كل الجهود الحكومية والدولية والمحاولات المستميتة من المؤسسات غير الربحية العاملة في مجال مكافحة التغير المناخي واستراتيجيات الشركات الكبرى لتحقيق الاستدامة وتقليل بصماتها الكربونية، ثمة اتجاه قد يبدو بسيطاً لكنه يعكس تأثير هذه الجهود: ارتفاع مستوى المعيشة في الدول النامية ومتوسطة الدخل، لاسيما الهند والصين ودول جنوب شرق آسيا، يتيح لملايين الأشخاص الجدد كل عام استخدام مكيفات هواء ملوثة للبيئة.

تطلق أجهزة التبريد نسبة مرتفعة من الانبعاثات العالمية لغازات الدفيئة، إذ تستهلك نحو 10% من إجمالي الاستهلاك العالمي للطاقة الكهربائية، المولّدة بشكل أساسي من الوقود الأحفوري. وبحسب تقرير صدر عن الوكالة الدولية للطاقة عام 2018، ارتفعت مبيعات أجهزة التكييف إلى أكثر من ثلاثة أضعاف بين عامي 1990 و2016. ومن المتوقع أن يزداد استهلاك الطاقة للتبريد على مستوى العالم ثلاثة أضعاف أخرى بين الفترة الحالية وعام 2050. أي ما يعادل إضافة 10 أجهزة جديدة كل ثانية على مدار الأعوام الـ 28 المقبلة.

هنا يبرز العلم كالعادة ليلعب دور المنقذ
حتى لا تضيع جهود مكافحة التغير المناخي سدى، تحاول الكثير من الشركات التكنولوجية والمراكز البحثية تطوير حلول لمواجهة هذه الزيادة الهائلة في الطاقة التي تستهلكها مكيفات الهواء. تبدو بعض الحلول مبشرة، مثل النوافذ الذكية (Smart windows) ومواد التبريد الصديقة للبيئة، لكن في النهاية تظل وتيرة هذه التطورات أبطأ كثيراً من أن توقف تزايد الانبعاثات.

من بين الحلول العملية التي تاهت وسط زحام الأخبار السلبية ولم تحظ بما يكفي من الاهتمام، سعي شركة إماراتية وشركتين ألمانيتين للتعاون من أجل استخدام الذكاء الاصطناعي في تصنيع مكيفات هواء تبلغ كفاءتها 10 أضعاف الأجهزة الحالية.

في نهاية يونيو الماضي، تم الإعلان عن اتفاقية شراكة ثلاثية بين شركة "ستراتا" الإماراتية للتصنيع، و"هايبرغانيك" المتخصصة بالمنصات الهندسية القائمة على الذكاء الاصطناعي والتي تتخذ من مدينة ميونخ الألمانية مقراً لها، وشركة الطباعة ثلاثية الأبعاد الصناعية الألمانية "إي أو إس". والهدف هو تصنيع "مكيف الهواء الأكثر كفاءة عالمياً في استهلاك الطاقة" بالإمارات.

مبادلات حرارية بالطباعة ثلاثية الأبعاد
ما يميز هذه الفكرة عن سواها أنها لا تسعى لاختراع تقنية جديدة من الصفر، وإنما تحاول "جمع قدرات التصنيع المتقدمة والذكاء الاصطناعي معاً. وهو ليس أمراً معقداً مثل اختراع شيء مختلف تماماً"، على حد قول الرئيس التنفيذي لشركة "هايبرغانيك" لين كايسر.

يريد كايسر استخدام الذكاء الاصطناعي لتصميم مُبادل حراري (Heat Exchanger) جديد تماماً يمكن طباعته بطابعة معدنية ثلاثية الأبعاد، موضحاً أن "هايبرغانيك" تقوم بتطوير وحدات تكييف منزلية تزيد كفاءتها 10 أضعاف عن مكيفات الهواء التقليدية، بينما تكلف نفس المبلغ الذي تحتاجه لشراء مكيف وتشغيله لمدة عام.

وبموجب الاتفاقية، سيقوم الشركاء بدمج حلول "هايبرغانيك" التي تعتمد على الهندسة الخوارزمية مع عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن الصناعية التي ابتكرتها "إي أو إس"، مع التقنيات التكنولوجية المتقدمة التي توفرها "ستراتا" لإنتاج وحدات تكييف الهواء الجديدة.

لتبريد المباني، تعتمد مكيفات الهواء الحالية على ضخ الحرارة الداخلية إلى الخارج عبر المُبادل الحراري، أو وحدة المكثف الحراري (condenser unit) التي تحول غاز التبريد إلى سائل. يستهلك التبريد أكثر من 16% من الطاقة التي تستخدمها المباني اليوم، ويعتبر المُبادل الحراري تحديداً المكون الأكثر كثافة في استهلاك الطاقة من بين جميع مكونات جهاز التكييف. المشكلة أن التصميمات الهندسية التقليدية للمبادلات الحرارية محدودة التعقيد، بل إن التصميمات الأبسط تكون مفضلة في هذه الحالة لإبقاء التكاليف منخفضة. ويشير كايسر إلى أن وحدات التكييف ظلت بنفس الشكل على مدار الثلاثين عاماً الماضية.

تصميمات مستوحاة من الطبيعة
تمثل التصميمات المعقدة اللازمة للمبادلات الحرارية الجديدة فرصاً مناسبة لكل من الذكاء الاصطناعي والطباعة ثلاثية الأبعاد. في الواقع، أصبحت نماذج المبادلات الحرارية الجديدة ساحة جديدة لشركات الطباعة المعدنية التي ترغب في إظهار براعة التكنولوجيا. ويوضح كايسر أن منصة تصميم "هايبرغانيك" المعتمدة على الذكاء الاصطناعي تتيح للمهندسين صنع مبادلات حرارية ذات هياكل مختلفة جذرياً، باستخدام عناصر مستوحاة من التصميمات المعقدة الموجودة في الطبيعة، مثل الشعاب المرجانية. ومن خلال زيادة مساحة السطح المتاح وتحسين تدفق الهواء، تعزز هذه التصميمات كفاءة الطاقة في المُبادل الحراري.

قد نرى نتائج سريعة لهذه الفكرة في المستقبل القريب، لاسيما وأن "هايبرغانيك" افتتحت بالفعل مكتباً في الإمارات الشهر الماضي، ومن المقرر أن يتعاون فريقها، الذي يُتوقع أن يزداد إلى 20 مهندساً بحلول نهاية 2023، مع فرق العمل في "ستراتا" و"إي أو إس" لتنفيذ المشروع على أرض الواقع.

بعض مقالاتنا عن العلوم والتكنولوجيا هذا الأسبوع:

كيف تستفيد الشركات الصغيرة من الذكاء الاصطناعي؟
(منصة إم آي تي تكنولوجي ريفيو العربية)

فريق دولي من العلماء يطوّر خوارزمية ذكاء اصطناعي يمكنها تشخيص الصرع

(منصة إم آي تي تكنولوجي ريفيو العربية)

كيف يعمل المجهر الإلكتروني الماسح؟

(منصة بوبيولار ساينس - العلوم للعموم)

كيف تحدث الفيضانات المفاجئة وكيف يمكن درء مخاطرها؟

(منصة بوبيولار ساينس - العلوم للعموم)

منصات مجرة

تواصل معنا

الاستمرار بالحساب الحالي