قدم أستاذ الهندسة المدنية المشارك محمد مصطفى برنامجه البحثي في الندوة السنوية الثامنة للحدود العربية الأمريكية. صُممت الندوة لتجمع العلماء والمهندسين والمتخصصين في الرعاية الصحية من الولايات المتحدة و 22 دولة من دول جامعة الدول العربية ، وقسم المشاركون في الندوة أبحاثهم إلى خمس جلسات: المواد المتقدمة ؛ الصحة الإلكترونية الماء والغذاء والبيئة؛ الأمن السيبراني التقنيات الناشئة والمجتمع.
قال مصطفى: “لقد كانت التجربة بمثابة فتاحة حقيقية للعين”. “كان من المثير للاهتمام أن نسمع عن باحثين آخرين يستخدمون نفس الأدوات التي نستخدمها ، ولكن في مجالات مستقلة تمامًا. على سبيل المثال ، ناقش مؤتمر طبي استخدام التعلم الآلي والنماذج القائمة على البيانات لتطوير أدوات للكشف عن مقدمات السكري. حتى خارج نطاق الهندسة ، فهم يستخدمون نفس الأدوات التي نستخدمها ، ولكن بطريقة مختلفة.
قدم مصطفى ، الذي يركز عمله على الهندسة المدنية المقاومة للزلازل ، برنامج البحث الخاص بمركز تكنولوجيا تصميم البنية التحتية المرنة لجيل المستقبل (Future-GRID TecH). يستند Future-GRID TecH إلى ثلاث ركائز للبحث والابتكار:
الركيزة الأولى: تقنيات مواد البناء
قال مصطفى “الركيزة الأولى تمثل سبعين في المائة من أبحاثنا”. “نحن نعمل على تطوير مواد جديدة وتصميم البنية التحتية للمستقبل ، من المقياس النانوي إلى الأعمدة والعوارض الكاملة. “
على وجه التحديد ، يركز مختبر مصطفى على الخرسانة المتقدمة ومواد التعزيز ، ويفهم سلوكها أثناء الأحداث الزلزالية ، ويطور طرقًا جديدة لنشر هذه التكنولوجيا لتصميم هياكل أكثر أمانًا واستمرارية. باستخدام الطاولات الاهتزازية والبنية التحتية ذات الصلة لمختبر الهندسة الزلزالية المشهور عالميًا ، يقوم فريق مصطفى بتنقية تركيبات جديدة من المواد المصممة خصيصًا لتحمل القوة المطبقة أثناء الزلازل.
الركيزة 2: تقنيات الاختبار والمراقبة
بالإضافة إلى اختبارات المنضدة الاهتزازية التقليدية التي تعد حجر الزاوية في الهندسة الزلزالية ، يعمل فريق مصطفى أيضًا على تطوير طرق البحث في اتجاهين جديدين.
“في الركيزة الثانية ، نحن منخرطون في اختبارات إثبات المفهوم. نحن نستخدم كل شيء بدءًا من عمليات المحاكاة الهجينة ، حيث توجد أجزاء من النموذج التجريبي في العالم المادي وتتم محاكاة أجزاء من النموذج رقميًا. كجزء من هذا العمود ، نلتزم أيضًا باستخدام طائرات بدون طيار للتحليق فوق اختبارات الطاولة الاهتزازية لتوفير زاوية أخرى لفهم ما يحدث أثناء تجاربنا. في النهاية ، نأمل ، على سبيل المثال ، إيقاف الطائرات بدون طيار على الجسور حتى تتمكن من الانتشار في غضون 30 ثانية من النشاط الزلزالي. يمكنهم التقاط فيديو في الوقت الفعلي لسلوك الهياكل أثناء الزلازل وإبلاغ استراتيجيات الاستجابة للطوارئ لدينا. “
يتيح هذان الابتكاران معًا مزيدًا من المرونة في البحث: تسمح المحاكاة الهجينة للباحثين باختبار مواد جديدة بشكل أكثر كفاءة وبتكلفة أقل ، بينما توفر عمليات رصد الطائرات بدون طيار المحسّنة مزيدًا من البيانات للباحثين وأصحاب المصلحة.
الركيزة الثالثة: تقنيات الحوسبة وتحليل البيانات
إدراكًا للقوة المتزايدة للحوسبة والتعلم الآلي لتسريع معالجة المعلومات في هندسة الزلازل ، يعمل فريق مصطفى على اغتنام الإمكانات التي يوفرها هذا المجال الناشئ.
قال مصطفى: “نتطلع إلى توسيع الطرق التي يمكننا بها استخدام التعلم الآلي كأدوات”. “عندما نقوم بالتحليل الهيكلي ، نريد الاستفادة من الثورة في علم الحوسبة والبيانات. من خلال الجمع بين المحاكاة الهجينة (الركيزة 2) والتعلم الآلي (الركيزة 3) ، يمكننا القيام في غضون ساعات قليلة بما استغرق أيامًا من قبل.
تطبيقات في الطاقة النووية
يوضح مصطفى أن برامج أبحاث هندسة الزلازل في كلية الهندسة بجامعة نيفادا في رينو لها تاريخ طويل من التميز في صقل التقنيات والمواد اللازمة لبناء الجسور والمباني. من خلال البحث الذي يقوم به فريقه ، يعتقد مصطفى أن هناك فرصة لمتابعة طلبات جديدة.
قال مصطفى “معظم محطات الطاقة النووية تتقدم في السن”. “نتطلع إلى البناء على ما فعلناه لمباني محطات الطاقة والجسور. على سبيل المثال ، نعتقد أنه يمكننا تطبيق مفاهيم البناء السريع للجسور على محطات الطاقة النووية.
بناء الجسر المتسارع (ABC) هي عملية يتم من خلالها بناء الأجزاء المختلفة من الجسر خارج الموقع ونقلها إلى الموقع وتجميعها بسرعة. تختلف هذه العملية عن الطريقة التقليدية التي من شأنها أن ترى الأجزاء مبنية في مكانها. نظرًا لأن الجسور مبنية إلى حد كبير بالخرسانة ، بعد البناء بالطريقة التقليدية ، يجب أن تتصلب أجزاء من الجسر ، مما يؤدي إلى إطالة عملية البناء وتعطيل التدفق الطبيعي لحركة المرور في المنطقة المتضررة. من خلال تطبيق هذا المبدأ على محطات الطاقة النووية ، يعتقد مصطفى أن فريقه يمكن أن يساعد في تطوير “مفاعلات وحدات صغيرة” (SMR).
قال مصطفى: “يقوم الفيزيائيون النوويون بتطوير تكنولوجيا الطاقة النووية ، لكن كل التكنولوجيا يجب أن تكون موجودة في الهياكل”. “هذا هو المكان الذي يمكن أن تساعدك.”
“افكار اصلية”
بالإضافة إلى إتاحة الفرصة لمشاركة برنامج أبحاث Future-GRID TecH ، كان مصطفى متحمسًا لكيفية دمج المنظمين للتعاون متعدد التخصصات في هيكل الندوة.
“المؤتمرات بشكل عام محددة للغاية. في بعض الأحيان ، لا يقتصر الأمر على المهندسين المدنيين فحسب ، بل للمهندسين الإنشائيين تحديدًا. “الشيء الأكثر إثارة للاهتمام في هذه الندوة هو أنها تشمل الهندسة والعلوم والطب ، ويجب على جميع المقدمين حضور جميع الجلسات. يوفر هذا فرصة نادرة لإخبار الأشخاص من التخصصات الأخرى عن بحثك ، وتشجيع الأفكار الأصلية والتعاون.
لتسهيل التعاون بشكل أكبر ، يتم تشجيع المشاركين على التقدم بطلب للحصول على منح ما بعد الندوة التي تمول الزيارات إلى مرافق البحث للمشاركين الآخرين. بالنسبة لمصطفى ، قد تدفعه هذه الفرصة للسفر إلى قطر.
قال مصطفى: “هناك عالم مواد يعمل في جامعة تكساس إيه آند إم في قطر يستخدم تقنيات التعزيز في التطبيقات الطبية الحيوية”. “آمل أن أزور وأناقش الطرق التي يتداخل بها بحثنا ويمكن أن تؤدي إلى تعاون مستقبلي.”
