يمكن لنموذج الكمبيوتر الأمريكي أن يخفض استخدام مواد الجسور بنسبة تصل إلى 90% ويخفض الانبعاثات
يمكن لنموذج كمبيوتر جديد طوره باحثون أمريكيون أن يقلل كمية المواد المستخدمة في الجسور والمباني بنسبة تصل إلى 90 بالمائة ويجعل الهياكل المستقبلية أكثر كفاءة بكثير. تم تصميم هذا النهج من قبل فريق بحث في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT). ويعتمد على عملية تعرف باسم تحسين الطوبولوجيا، وهي طريقة حسابية تحدد موضع المواد الأكثر كفاءة. ترأس هذا الجهد جوزفين كارستنسن، دكتوراه، وأستاذ جيلبرت دبليو وينسلو (1937) للتطوير الوظيفي في الهندسة المدنية. وفقًا للفريق، فهو يسد الفجوة بين التصميمات الرقمية المحسنة والبناء العملي. يعتقد كارستنسن أن هذه التقنية يمكن أن تقلل بشكل كبير من التكاليف وانبعاثات الكربون. وقالت: “هناك تفاعل بين المواد التي تستخدمها، وإمكانية بناء التصاميم، وتحسين الهيكل”. “يجب أن تكون قادرًا على معالجة الثلاثة في نفس الوقت. وهذا ما حاولنا القيام به هنا.” تصميم أكثر ذكاءً يستخدم تحسين الطوبولوجيا برامج الكمبيوتر لتوزيع المواد على النحو الأمثل في مساحة معينة، مثل إنشاء أقوى الهياكل الممكنة بأقل وزن. ولكنه يستخدم في الغالب في الأبحاث والطباعة ثلاثية الأبعاد وليس من قبل المهندسين الذين يقومون ببناء الجسور والمباني. وذلك لأن التصميمات غالبًا ما تكون صعبة للغاية ومكلفة في البناء. إنها هياكل معقدة تشبه شبكة العنكبوت والتي من شأنها أن تتحدى حتى أكثر المهندسين قدرة. جسر لوكبورت الذي يمر فوق قناة إيري بالقرب من بوفالو، نيويورك. الائتمان: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لمواجهة هذا التحدي، قام فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتطوير إطار عمل يسمح للمستخدمين بتحديد حدود البناء العملية من بداية عملية التصميم. يمكن للمهندسين تحديد الحد الأقصى لعدد الأعضاء الهيكلية التي تجتمع عند المفصل، والحد الأدنى من زوايا الاتصال، والحد الأدنى من أحجام المكونات. يدعم النظام مواد متعددة ويجمع بين الفولاذ والخشب معًا. ومع ذلك، فإنه يختار مادة واحدة لكل جزء هيكلي ثم يتحقق من أن جميع الوصلات قوية بما يكفي لتلبية المعايير الهندسية. وقال زين شيمر، طالب الدكتوراه في المعهد والمؤلف الأول للدراسة: “لا يمكن أن يكون لديك جزء يتكون من 72% من الخشب و28% من الفولاذ”. من التصميم إلى الواقع لتوضيح هذه الطريقة، أعاد فريق البحث تصميم جسر Lockport “Upside-Down Bridge” بالقرب من بوفالو، نيويورك. لقد قاموا بإنشاء تصميمات للخشب فقط، والفولاذ فقط، بالإضافة إلى تصميمات هجينة من الخشب والفولاذ. لقد اختبروا مدى تأثير قيود البناء المختلفة على الهياكل النهائية. أثبتت النتائج أن التصميمات الأقوى لم تكن دائمًا هي الأسهل في البناء. وأوضح شيمر: “لقد رأينا كيف عرف النظام أنه يمكنك تصميم جسر من الفولاذ النقي، ولكن هذا قد لا يكون الأفضل من وجهة نظر الكربون”. “أو يمكنك تصميم جسر من الخشب الخالص، ولكن هذا قد لا يكون الأقوى.” يعتقد شيمر أنه من خلال الجمع بين المواد بشكل استراتيجي، يمكن للإطار استخدام الأخشاب حيث يكون توفير الكربون مهمًا للغاية، والاعتماد على الفولاذ فقط عندما تكون القوة الإضافية ضرورية. وقال في بيان: “لكن هذه المواد يمكن أن تعمل معًا، لذا يمكنك استخدام الخشب لتوفير الكربون والصلب حيث تحتاج إلى قوة إضافية، وهناك توازن يمكنك العثور عليه في هذه الهياكل”. ويتطلب التحسين قوة حاسوبية أكبر من بعض الطرق الحالية، لكن الباحثين قالوا إن تجاربهم أجريت على جهاز MacBook Pro قياسي. وهذا يجعل هذا النهج عمليًا بالنسبة للشركات الهندسية. واختتم شيمر حديثه قائلاً: “لقد تجنبت الصناعة هذا النهج في الماضي، ولكننا نعتقد الآن أنه طريقة عملية لحل المشكلات التي تتعامل مع القيود المتغيرة”. وقد نشرت الدراسة في مجلة الأتمتة في البناء.
تم النشر: 2026-06-25 21:18:00
