تم تقديم براءتي اختراع إلى مكتب البراءات والعلامات التجارية الأمريكي لهذه التقنية.
تطوير وتحليل أداء مبنى مسبق الصب بتقنية مبتكرة كوسيلة لحماية البنية التحتية من النبضات "الكهرومغناطيسية"
المحمودي : نجاح نموذج التعاون الثلاثي يفضي إلى تحويل البحث العلمي إلى حلول عملية لتحديات الواقع.
الشارقة، الإمارات العربية المتحدة،28 يناير 2024: بعد 16 عامًا من الاستكشافات والاختبارات المكثفة، يفتتح قريباً مبنى مسبق الصب مصنوع من الخرسانة الكهربائية الموصلة المستخدمة للتحصين وللحماية أبوابه بعد نجاح فريق بحثي من الجامعة الأمريكية في الشارقة (AUS) بالتعاون مع مجمع الشارقة للبحوث والتكنولوجيا والابتكار (SRTIP) في تصميمه وبنائه.
ويعد هذا الابتكار من الأبحاث الرائدة في هذا المجال والذي يختبر استخدام مادة خرسانة مبتكرة حديثة التقنية على أرض مجمع الشارقة للبحوث والتكنولوجيا والابتكار، بحيث تعمل هذه التركيبة على توفير حماية ضد النبضات الكهرومغناطيسية (EMP)، المعروفة أيضًا باسم التخريب الإلكتروني، لحماية البنية التحتية المدنية والعسكرية الحيوية، وقد تم تقديم براءتي اختراع إلى مكتب البراءات والعلامات التجارية الأمريكي لهذه التقنية.
كان هذا الابتكار الرائد وليد أفكار باحثي الجامعة الامريكية في الشارقة، الدكتور شريف يحي من قسم الهندسة المدنية والدكتور ناصر قدومي من قسم الهندسة الكهربائية في كلية الهندسة، واللذين التقيا لأول مرة في عام 2009 ودخلا بعدها في تعاون بحثي لاستكشاف التطبيقات المتنوعة للخرسانة الموصلة، حيث ركزت أبحاثهما في البداية على تطبيقات التدفئة ثم توسعت لاستكشاف خصائص الحماية والتحصين.
وفي حديثه عن هذا الابتكار، قال الدكتور يحي: "تم استخدام الخرسانة الكهربائية لمجموعة متنوعة من التطبيقات حول العالم، ولكن هذا هو أول مبنى مسبق الصب من نوعه يستخدم هذه التكنولوجيا للحماية. وهذا يعني أن المبنى محصن من أي آثار لنبضات الطاقة، والتي قد تؤدي إلى تلف المعدات الإلكترونية. يضمن هيكل البناء حجب الإشارات بشكل كامل، فلا تدخل ولا تخرد أي إشارات إلى المبنى. إن هذه التكنولوجيا الابتكارية تحمل إمكانات لحماية المرافق الحيوية مثل مراكز البيانات ومحطات الطاقة والمراكز الأمنية."
وقد حظي هذا المشروع المشترك بتقدير الجامعة واهتمام من القطاع الصناعي، مما دعم الأبحاث التي أجريت في مختبرات كلية الهندسة المتطورة في الجامعة.
قال الدكتور قدومي: "لقد حصلنا على دعم كبير من الجامعة الأمريكية في الشارقة ومكتبها للبحوث والدراسات العليا من خلال عدة منح بحث تمنح للأعضاء الهيئة التدريسية، فضلاً عن مساعدتنا في عملية التقديم لبراءة الاختراع في مكتب البراءات والعلامات التجارية الأمريكي. كما حصلنا على دعم كبير من مجمع الشارقة للبحوث والتكنولوجيا والابتكار، الذي قدم لنا التمويل وأرضه للبناء، وساعدنا في تشكيل لجنة استشارية للمشروع. كما لعبت شركة أليك ALEC للمقاولات الهندسية، التي تشرف حاليًا على تشييد المبنى، دورًا محوريًا في تطويره".
كما أكد الباحثين على الدوري المحوري الذي لعبه طلبتهم في مرحلتي البكالوريوس والدراسات العليا خلال عملهم على هذا المشروع، سواء من خلال إجراء البحوث، أو أخذ القياسات، أو المساعدة في تطوير النماذج الأولية التجريبية، أو حتى في بدء أبحاثهم الخاصة في مجالات تتعلق بالعمل الذي قام به الباحثان، وهو ما منح الطلبة تجربة عملية قيمة طوال تنفيذ المشروع.
وحول هذا التعاون قال حسين المحمودي، المدير التنفيذي لمجمع الشارقة للبحوث والتكنولوجيا والابتكار: "إن نجاح نموذج التعاون الثلاثي يفضي إلى تحويل البحث العلمي إلى حلول عملية لتحديات الواقع. يعكس هذا التعاون الفعّال بين القطاع الحكومي والقطاع الأكاديمي والقطاع الخاص التزامنا بتطوير تقنيات متقدمة لتحقيق التطور في مجال البنية التحتية والأمان. نحن فخورون بتحقيق هذا الإنجاز المشترك ونتطلع إلى مزيد من التقدم في هذا الاتجاه".
تشير هذه الابتكارات إلى دور مهم للبحث العلمي والتكنولوجيا في تعزيز قدرة المنشآت على التحمل والمقاومة ضد التحديات الحديثة، وتبرز أهمية التعاون بين القطاعات المختلفة لتحقيق تقدم فعّال في مجال الابتكار وتطوير التقنيات المتقدمة. ويأتي هذا ترجمة لرؤية صاحب السمو الشيخ الدكتور سلطان بن محمد القاسمي، عضو المجلس الأعلى حاكم الشارقة، بأهمية نقل المعرفة ودعم وتعزيز الابتكار وتشجيع الأفكار البحثية القابلة للتحويل إلى منتجات ملموسة يتم الاستفادة منها لتقديم تحليلات علمية وبحوث ورؤى عالية الجودة والتسويق لها عالميا.
ودورنا في المجمع هو إيجاد الآليات المناسبة لتطبيق تلك الأبحاث وتحويلها الى استثمارات، كما يمكننا ذلك من جلب الأبحاث المتخصصة من مختلف أنحاء العالم والحصول على مشاريع تجريبية والبدء في مرحلة الاختبارات على نطاق واسع ويمكن الطلبة والباحثين من الاستفادة منها.
وأضاف: "الخرسانة الكهربائية الموصلة مفهومًا رائعًا لن يجعل مبانينا آمنة فحسب، بل سيساعد أيضًا في تقليل انبعاثات الكربون، وهو ناتج قوي لصناعة البناء والتشييد. نهنئ باحثي الجامعة الأمريكية وفريقهم على هذا الإنجاز الكبير. يفتخر مجمع الشارقة للبحوث والتكنولوجيا والابتكار ببيئته الداعمة للتجارب والأبحاث في تكنولوجيا البناء المستقبلية، من خلال إجراء تجارب إضافية لتطوير بعض التكنولوجيات الحديثة في مجال البناء، بما في ذلك المباني المحصنة."
ومن المقرر أن يقوم الباحثون في المستقبل باستكشاف سبل التعاون مع شركاء الصناعة لتوسيع نطاق أعمالهم لتطبيقه على نطاق أوسع، حيث كانت إحدى النتائج الرئيسية للمشروع إنشاء مواد خرسانية جديدة تساعد في نمو صناعة البناء والمساهمة في حماية شبكات الكهرباء والمولدات والمباني التي تحتوي على معدات ومعلومات حساسة من النبضات الكهرومغناطيسية (EMP) ، فضلاً عن التعاون مع منتجي الخرسانة الجاهزة ونقل المعرفة إلى صناعة البناء والتشييد.
ومن جهته علق الدكتور محمد الترهوني، وكيل الجامعة ومسؤول الشؤون الأكاديمية بالإنابة في الجامعة الأمريكية في الشارقة، على هذا الانجاز بقوله: "يعد البحث ركيزة من ركائز التميز الأكاديمي، حيث يوفر منصة لأعضاء الهيئة التدريسية والطلبة على حد سواء فرصة التعمق في أحدث الأبحاث التي تسهم في فهمنا للعالم. إن الالتزام بالأبحاث المؤثرة لا يعزز جودة التعليم فحسب، بل يعزز أيضًا من وضع الجامعة بصفتها مركزًا للاكتشاف الفكري ووضع الحلول لتحديات العالم الحقيقي، ونحن نركز بشكل كبير على البحث التعاوني في الجامعة لأننا نؤمن أنه يمكننا من خلال الشراكات مع المؤسسات والصناعات والخبراء الآخرين تجميع الموارد وتبادل الخبرات ومعالجة المشاكل والتحديات المعقدة بشكل أكثر فعالية. إن شراكة الجامعة الأميركية في الشارقة مع مجمع الشارقة للبحوث والتكنولوجيا والابتكار في هذا المشروع هي دليل اهتمام الجامعة بمشاركاتها البحثية المحلية، ونحن فخورون بما حققه باحثونا ونتطلع إلى مواصلة تطوير تقنيات جديدة تلبي احتياجات مجتمعنا بشكل أفضل".
ونظرًا لأن العديد من الكيانات في العديد من البلدان بدأت في المطالبة بنظام حماية ضد التهديدات الالكترونية، فقد ظهرت فكرة استخدام الخرسانة الموصلة في تطبيقات أخرى للاستفادة من التوصيل الكهربائي المحسن للفريق البحثي في الجامعة الامريكية في الشارقة، فقد أظهرت نتائج العديد من المساعي البحثية أن الخرسانة الموصلة يمكن أن تتفوق في الأداء على أفضل الحلول في السوق في الحماية ضد النبضات الكهرومغناطيسية. وقد كانت النتائج قابلة للتكرار وأثبتت الخصائص الميكانيكية الممتازة أن الهياكل الكبيرة يمكن أن تكون مصنوعة من الخرسانة الموصلة. لذلك ، يبحث هذا البحث في جدوى استخدام الخليط الموصل لتطبيقات الحماية الكهرومغناطيسية التي يمكن أن تحمي البنى التحتية الحيوية في المدن الذكية المرنة من تهديدات النبضات الكهرومغناطيسية وهذا المسعى البحثي هو أحدث ما توصلت إليه التكنولوجيا والنتائج المتوقعة ستوفر هياكل خرسانية أكثر أمانًا واستدامة.
الخرسانة الموصلة: النظرية، القياسات
أثبت المزيج الذي تم الحصول عليه أنه فعال للغاية في حماية الهياكل من الإشعاع الكهرومغناطيسي والنبضات وبذات الوقت يتمتع بخصائص ميكانيكية مميزة. وقد حفز هذا الفريق أيضًا على دراسة جدوى استخدام هذا المزيج لإنتاج وحدات خرسانية مسبقة الصب موصلة للكهرباء. سيتم استخدام هذه الوحدات مسبقة الصب وتقييمها لبناء مرافق محمية. كما سيتم تطوير إرشادات التصميم والبناء للمشاريع المستقبلية والتنفيذ.
المخرجات المتوقعة
ستكون النتيجة المتوقعة للمشروع هي إنشاء مواد خرسانية جديدة ستساعد في نمو البناء وتساهم في حماية للشبكات الكهربائية والمولدات والمباني ذات المعدات والمعلومات الحساسة (قواعد البيانات). بالإضافة إلى ذلك ، سيضمن التعاون مع منتجي الخرسانة الجاهزة والخرسانة نقل المعرفة إلى الصناعة البناء.
مزايا الخرسانة الموصلة:
1- حماية ضد الكهرومغناطيسية ، دون الحاجة إلى أي إضافات خاصة.
2- تحسين الخصائص الميكانيكية.
3- تكلفة أقل نسبيًا مقارنة بتقنيات التحصين الأخرى.
4- . يمكن إنتاجها كوحدات مسبقة الصب.
خرسانة EMP-Proof
منذ ابتكار الإسمنت قبل آلاف السنين، أصبحت الخرسانة مفيدة لتقدم الحضارة، لكن وظائفها بقيت في مجال البناء في المقام الأول. الآن، قام علماء بإضافة وظائف جديدة لها تتمثل في التوصيل الإلكتروني الذي يتيح استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات الجديدة، بدءاً من التسخين الذاتي إلى تخزين الطاقة.
وقد وجد العلماء أيضاً تطبيقات أخرى لإسمنت الكربون النانوي في إزالة الثلوج من الأرصفة بما في ذلك مدارج المطارات. لكن بقيت أمامهم تحديات وهو إثبات أن الإسمنت قابل للتطبيق للإنتاج بالجملة، لا سيما لجهة قياس الخصائص التي تأتي بأفضل النتائج، فقد تبين أن إضافة كميات كبيرة من الكربون على سبيل المثال يأتي بنتائج عكسية.
مع وجود العديد من الخدمات والمعاملات التي تعتمد على الإنترنت والتكنولوجيا بشكل عام ، يمكن أن يتعرض بلد ما لضرر جسيم بقطعة من التكنولوجيا ليس أكثر تعقيدًا من الكمبيوتر المحمول أو الكمبيوتر. في حين أن الأمن للأجهزة الإلكترونية في سباق تسلح مستمر باستمرار مع هجمات المعلومات ، هناك هجوم واحد قد يجعل حماية البرمجيات عديمة الفائدة. تمتلك EMP من جهاز نووي القدرة على ضرب الإلكترونيات بقدر 900 ميل.
ولكنها ليست مجرد هجمات خبيثة يمكن أن تسبب انهيار البنية التحتية التكنولوجية في جميع أنحاء العالم. الشمس لديها عادة سيئة من صنع مشاعل شمسية كبيرة وقذف الكتل الاكليلية (CMEs) التي يمكن أن تدمر المعدات الإلكترونية الحساسة.
ولكن إذا كان هناك دمج في كل مكان على هذا الكوكب مع الأجهزة الإلكترونية ، فإن هناك حاجة إلى الدفاع ضد EMPs. هذا هو أحد تطبيقات التكنولوجيا التي يتم تطويرها في هذا النوع من الخرسانة.
هي مادة لها خصائص مغناطيسية يمكنها امتصاص طاقة الميكروويف. لكن المكامنايت بمفرده لا يكفي لوقف انفجار EMP ، وهذا هو السبب في إضافة مكونات الكربون والمعدن إلى الخليط. تسمح هذه الإضافات للخرسانة المقاومة للتوافق الكهرومغناطيسي بامتصاص كل من EMP بشكل أفضل وتعكس أيضًا إشعاع EM