أحدث الأخبار مع #LoRaWAN
أخبار الخليج
١٠-٠٥-٢٠٢٥
- أخبار الخليج
ثورة إنترنت الأشياء في إدارة الموارد المائية
في ظل التحديات المتنامية لندرة المياه وارتفاع الطلب على مستوى دول الخليج العربي ودول العالم بشكل عام على هذه المادة الحيوية، تبرز أنظمة إدارة المياه المعتمدة على إنترنت الأشياء( Internet Of Things ) كحل ثوري يجمع بين التقنيات الحديثة والاستدامة البيئية. حيث تبرز أهمية إنترنت الأشياء في أربعة قطاعات رئيسية وهي الزراعة، والصناعة، والاستخدام المنزلي، وحقول النفط. حيث تعتمد هذه الأنظمة الذكية على ثلاث ركائز أساسية وهي أجهزة استشعار لقياس معايير جودة المياه مثل درجة الحموضة والعكارة والموصلية الكهربائية ( Sensors ) . وتقنيات اتصال لاسلكية مثل ZigBee و LoRaWAN و WiFi لنقل البيانات، ومنصات سحابية تعتمد على الذكاء الاصطناعي لتحليل المعلومات واتخاذ القرارات. وقد أظهرت الدراسة أن هذه الأنظمة قادرة على تقليل الفاقد المائي بشكل كبير، خاصة في الدول النامية حيث يُهدر سنويًا ما يقارب 32 مليار قدم مكعب من المياه. ففي دول شرق أسيا التي تعتمد بشكل كبير على القطاع الزراعي كمدخول أساسي لأغلبية السكان والذي يستهلك ما يقارب 85 % من المياه العذبة عالميا، تقدم حلول إنترنت الأشياء إمكانات هائلة لتحسين كفاءة الري. إن الأنظمة الحديثة تتيح مراقبة دقيقة لرطوبة التربة والظروف الجوية، مما يسمح بضبط كميات الري تلقائياً وفقاً للاحتياجات الفعلية للنباتات. كما بدأت بعض التطبيقات المتقدمة باستخدام تقنيات مثل البلوك تشين لضمان شفافية البيانات وموثوقيتها. هذه التطورات تسهم في معالجة مشكلة إهدار المياه في الزراعة، حيث تشير تقديرات منظمة الأغذية والزراعة ( FAO ) إلى أن أكثر من 60 % من المياه المستخدمة في الري تذهب هدرا. أما في المجال الزراعي المنزلي، فقد شهدت السنوات الأخيرة تطوراً ملحوظا في تطبيقات إنترنت الأشياء لإدارة المياه لعمليات ري المزروعات حيث تشمل هذه التطبيقات أنظمة مراقبة جودة مياه الشرب التي ترسل تنبيهات فورية عند اكتشاف أي تلوث، وأجهزة كشف التسرب الذكية التي يمكنها تحديد موقع التسرب بدقة، وحلول متكاملة لجمع مياه الأنهار وتخزينها وإعادة استخدامها. هذه الأنظمة لا تقتصر على توفير المياه فحسب، بل تسهم أيضاً في رفع مستوى الوعي المائي لدى المستهلكين من خلال توفير بيانات دقيقة عن أنماط الاستهلاك. أما في القارة العجوز أوروبا ودول العالم الأول حيث يعد القطاع الصناعي قلب الاقتصاد لهذا الدول، أثبتت أنظمة إنترنت الأشياء فعاليتها في معالجة التحديات الكبيرة المتعلقة بإدارة المياه. وتشمل التطبيقات الصناعية أنظمة مراقبة تلوث المياه الناتج عن العمليات الصناعية، وحلولا لتحسين كفاءة شبكات توزيع المياه في المدن الذكية، وأنظمة متطورة للكشف عن الأعطال في خطوط الأنابيب. هذه التطبيقات تعتمد على مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار التي تقيس معايير مثل الضغط ومعدل التدفق وجودة المياه، مما يمكن من اتخاذ إجراءات وقائية قبل تفاقم المشكلات. إلا أن هناك العديد من الدراسات الحديثة كشفت عن نقص كبير في التطبيقات الموجهة لقطاع النفط، الذي يستهلك كميات هائلة من المياه في عمليات مثل التكسير الهيدروليكي. وعليه، اقترح الباحثون نظاماً بصرياً مبتكراً يعتمد على كاميرات متعددة الأطياف لرصد الترسبات المعدنية في الآبار. هذا النظام يتضمن تقنيات اتصال ليزرية متطورة قادرة على العمل في البيئات القاسية تحت الأرض، مدعومة بخوارزميات الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بالمشكلات المحتملة مثل انسداد الأنابيب بسبب الترسبات. وناقش الباحثون التكلفة الفعلية لهذا النظام والتقديرات التي تشير بإمكانية توفير ملايين الدولارات التي تنفق سنويا على صيانة آبار النفط. على الرغم من هذه التطورات الواعدة، تواجه أنظمة إدارة المياه الذكية عدة تحديات تحتاج إلى معالجة من أبرزها ارتفاع تكلفة بعض التقنيات، وصعوبة نشر الأجهزة في المناطق النائية، والحاجة إلى تحسين كفاءة استهلاك الطاقة في أجهزة الاستشعار اللاسلكية. كما أن مسألة أمن البيانات والخصوصية تظل مصدر قلق رئيسي في هذه الأنظمة المتصلة. كما نؤكد الحاجة إلى مزيد من الأبحاث والتطوير لتعزيز فعالية أنظمة إدارة المياه الذكية وذلك عن طريق التعاون بين القطاعات الأكاديمية والصناعية والحكومية لتحقيق الاستفادة القصوى من هذه التقنيات. هذه الرؤية الشاملة تقدم لمحة عن كيفية تحويل التحديات المائية إلى فرص عبر الابتكار التكنولوجي. ففي الوقت الذي تواجه فيه العديد من المناطق حول العالم شحاً متزايداً في الموارد المائية، تظهر أنظمة إدارة المياه الذكية منارة أمل، تقدم حلولاً عملية لتحقيق الاستخدام الأمثل لكل قطرة ماء، مما يجعلها أحد أهم الأدوات لمواجهة أحد أكبر التحديات التي تواجه البشرية في القرن الحادي والعشرين. { مختص في مجال الطاقة وقطاع المياه والذكاء الاصطناعي a.s.civil.88@gmail.com
خبر صح
٢٣-٠٤-٢٠٢٥
- علوم
- خبر صح
ثورة الحساسات الكهربائية
نعرض لكم زوارنا أهم وأحدث الأخبار فى المقال الاتي: ثورة الحساسات الكهربائية - خبر صح, اليوم الثلاثاء 22 أبريل 2025 08:45 صباحاً دائما ما أفكر في عظمة الخالق الذي نشر حساسات في أجسامنا وأبداننا وفي كل جزء منه لينبهنا عن وجود خلل ما. وهذه الإشارات الحسية لا تقتصر علينا فقط بل إن الطبيب يسألنا عنها بسؤاله المعتاد «وين تحس بالألم؟». ومن هذا المشهد يتم تطوير الحساسات الصناعية التي نستخدمها في جميع أجهزتنا وسياراتنا تقريبا. هنا يشهد عالمنا المعاصر تحولا رقميا هائلا، وتقف الحساسات الكهربائية في قلب هذا التحول، حيث تعمل كأعصاب رقمية تربط العالم المادي بالعالم الافتراضي. لم تعد مجرد أدوات لقياس كمية فيزيائية بسيطة، بل أصبحت بوابات لتدفق هائل من البيانات التي تغذي أنظمة الذكاء الاصطناعي وتدعم تطبيقات إنترنت الأشياء (IoT) المتنامية. بل ويشهد مجال الحساسات تطورات متسارعة ومبتكرة تغير من طريقة تفاعلنا مع التكنولوجيا وتدير بها الصناعات عملياتها، مدفوعة بالتقدم المستمر في علم المواد، وتقنيات التصنيع الدقيق، والاتصالات اللاسلكية، وقدرات المعالجة. أحد أبرز معالم هذا التطور هو ثورة التصغير المستمرة. بفضل تقنيات الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى والنانوية (MEMS/NEMS)، أصبح بالإمكان إنتاج حساسات أصغر حجما بكثير، وأقل استهلاكا للطاقة، وبتكلفة أقل. هذا التصغير لم يقتصر على الحجم فقط، بل أتاح أيضا دمج أنواع متعددة من الحساسات ضمن شريحة سيليكون واحدة، قادرة على قياس متغيرات مختلفة في آن واحد، مثل درجة الحرارة والرطوبة والضغط والحركة. هذا الدمج يفتح الباب أمام تطبيقات جديدة وأجهزة أكثر تكاملا وفعالية في مختلف المجالات. بالتزامن مع التصغير، يأتي التطور الهائل في مجال الاتصال والذكاء. فالحساسات الحديثة مصممة لتكون جزءا لا يتجزأ من منظومة إنترنت الأشياء، حيث تعتمد على بروتوكولات اتصال لاسلكي منخفضة الطاقة (مثل LoRaWAN و NB-IoT) تمكنها من إرسال بياناتها عبر مسافات طويلة والعمل لسنوات باستخدام بطارية صغيرة. ولم تعد هذه الحساسات مجرد ناقل سلبي للبيانات؛ فالكثير منها أصبح مزودا بقدرات «الحوسبة الطرفية» (Edge Computing)، مما يمكنها من إجراء معالجة أولية للبيانات وتحليلها محليا. وعندما يقترن ذلك بخوارزميات الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة، تتحول الحساسات إلى أدوات ذكية قادرة على التعرف على الأنماط المعقدة، واكتشاف الحالات الشاذة، بل وحتى التنبؤ بالأعطال المحتملة في المعدات الصناعية، مما يمهد الطريق للصيانة التنبؤية الاستباقية. كما لا يمكن إغفال دور علم المواد المتقدمة في دفع حدود ما هو ممكن في عالم الحساسات. فقد أدى ابتكار مواد جديدة تتمتع بالمرونة والقابلية للتمدد، مثل البوليمرات الموصلة والجرافين، إلى تطوير حساسات يمكن ارتداؤها كجزء من الملابس أو لصقها مباشرة على الجلد لمراقبة المؤشرات الحيوية بدقة وسهولة. وفي المقابل يتم تطوير مواد أخرى فائقة الصلابة تمكن الحساسات من العمل بكفاءة في أقسى الظروف البيئية، سواء كانت درجات حرارة فائقة الارتفاع، أو ضغوطا هائلة، أو بيئات كيميائية عدائية. وإلى جانب تطوير المواد، تكتسب كفاءة استهلاك الطاقة أهمية قصوى، حيث يجري العمل على تصاميم تستهلك أقل قدر ممكن من الطاقة، بل وتطوير حساسات قادرة على «حصاد» طاقتها من البيئة المحيطة بها، كالضوء أو الاهتزازات أو الحرارة، مما يجعلها مستقلة تماما عن مصادر الطاقة التقليدية. تتجلى ثمار هذه التطورات في طيف واسع من التطبيقات العملية التي تلامس حياتنا اليومية ومختلف القطاعات الحيوية. ففي صناعة السيارات، تساهم الحساسات المتطورة في تعزيز أنظمة مساعدة السائق وتمكين القيادة الذاتية، بالإضافة إلى مراقبة أداء وكفاءة البطاريات في السيارات الكهربائية. وفي القطاع الصناعي (الصناعة 4.0)، تُستخدم شبكات الحساسات لمراقبة خطوط الإنتاج وتحسين كفاءتها والتنبؤ بأعطال الآلات قبل وقوعها. أما في مجال الرعاية الصحية، فتتيح الحساسات القابلة للارتداء أو الزرع مراقبة مستمرة للمرضى عن بعد وتوفر أدوات تشخيص أكثر سرعة ودقة. ولا ننسى الزراعة الذكية، حيث تساعد الحساسات المزارعين على مراقبة التربة والمياه والظروف الجوية بدقة لتحسين جودة وكمية المحاصيل. وبينما تتسارع هذه التطورات، يلوح في الأفق مجال الاستشعار الكمي الواعد بإحداث قفزة نوعية في دقة وحساسية القياسات. يمكن القول إن عالم الحساسات الكهربائية يعيش عصرا ذهبيا من الابتكار، متجها نحو المزيد من الذكاء والتكامل والكفاءة والاتصال. هذه الأدوات الصغيرة، التي تزداد قوة وتطورا يوما بعد يوم، لا تقتصر على جمع البيانات فحسب، بل أصبحت تلعب دورا محوريا في فهم عالمنا وتشكيل مستقبلنا، وجعل بنيتنا التحتية وصناعاتنا وحياتنا اليومية أكثر أمانا وكفاءة واستدامة. HUSSAINBASSI@
