الاستفادة من الطبيعة لتحسين شبكات الكهرباء

تم تصميم شبكات الكهرباء التقليدية لتوزيع الطاقة في اتجاه واحد، لكن مع زيادة استخدام السيارات الكهربائية وتركيب الألواح الشمسية في المنازل تواجه الشبكات تحديات في الاستقرار. لهذا يلجأ الباحثون إلى الطبيعة بحثًا عن حلول، وبشكل خاص إلى سلوك نحل العسل.

يقود وانغدا زو، أستاذ الهندسة المعمارية في “جامعة ولاية بنسلفانيا” مشروعًا عن التجربة التشغيلية لنحل العسل: كيف يمكن للنحل من خلال تواصله وتأقلمه مع التحديات أن يوفر طريقة لمساعدة شبكات الطاقة على التعامل مع حالات الانقطاع وتنظيم كيفية توزيع الطاقة؟.

وقال وانغدا: “يُعَد النحل بارعًا في التنسيق، حيث يعمل الآلاف منه مع بعضهم البعض داخل الخلية لتبادل الغذاء وموازنة الاحتياجات والحفاظ على سير الخلية بسلاسة دون أي قيادة مركزية. ويعتبر ذلك بالضبط نوعًا من التعاون الذي نحتاجه لشبكة الكهرباء المستقبلية”.

وأضاف: “تعمل الشبكات الكهربائية الحالية في اتجاه واحد من أعلى إلى أسفل، وهو الاتجاه الذي يتدفق فيه كل شيء داخل الشبكة، ولكن يسعى الفريق إلى إحداث تغيير كبير في آلية حدوث ذلك، بحيث يمكن لمتلقي الطاقة المختلفين التواصل مع بعضهم البعض ومشاركة الطاقة مباشرة، تمامًا كما يقرر النحل متى يطعم بعضه البعض أو يخزن العسل. هذا التنسيق من نظير إلى نظير قد يجعل الشبكة أكثر تكيفًا ومرونة، خاصة أثناء العواصف أو فترات الطلب العالي”.

حصل المشروع على تمويل بقيمة 1 مليون دولار أميركي من مؤسسة العلوم الوطنية الأميركية.

مواضيع ذات صلة: عالم النحل قد يفتح آفاقًا علمية جديدة

من دون عظام

تحتاج أجسامنا إلى الكالسيوم للعديد من الوظائف الحيوية مثل بناء العظام، وانقباض العضلات بما فيها عضلة القلب، وتشغيل الخلايا العصبية. يتولى جهاز الغدد الصماء عادةً تنظيم تركيز الكالسيوم في أجسامنا، وذلك باستخدام هرمونات الغدة الجار درقية وهرمون ” كالسيتونين”.

وتُفرِز هرمونات الغدة جار الدرقية الكالسيوم من العظام عندما ينخفض مستوى الكالسيوم في الدم للحفاظ على هذه الوظائف الحيوية. ولكن ماذا يحدث إذا لم يكن لدى الكائنات عظام؟

لقد ظل هذا الأمر لغزًا لم يُحل حتى الآن.

أظهرت دراسة جديدة في “جامعة تسوكوبا” باليابان وتم نشرها في مجلة “نيتشر” أن مُستقبِل الهرمونات الببتيدية يُنَظِّم الكالسيوم في سوائل جسم ذبابة الفاكهة (الدروسوفيلا).

وجاء في موقع “أخبار بحوث جامعة تسوكوبا” تعليقًا على هذا الاكتشاف: “اكتشف الفريق أيضًا أن إفراز هذا المُستقبِل يأتي من خلايا عصبية معينة في الجهاز العصبي الجمجمي وأنه يعمل على المنطقة الطرفية من “جهاز أنابيب ملبيجى” لدى الحشرات، وهي أعضاء مماثلة للكُلَى لدى الفقاريات، وذلك لتجميع الكالسيوم من حبيبات الكالسيوم الشبيهة باللآلئ”.

يقدم هذا الاكتشاف الدليل الأول على أن الحيوانات التي لا تمتلك عظامًا تحتوي على نظام غدد صماء ينظّم تركيز الكالسيوم في أجسامها.

مواضيع ذات صلة: الببتيدات الطبيعية المدمجة قد تكون حارسًا ضد فيروس “كوفيد- 19”

كائنات مجهرية تنظف التربة

اقترح فريق صيني مؤخرًا فكرة جديدة مفادها أن التربة التي نخطو عليها قادرة على تنظيف نفسها بنفسها.

تعرف العملية باسم التعدين الميكروبي للحديد وتستخدم ميكروبات قادرة على “تنفس” الحديد. وخلال هذه العملية، تقوم هذه الميكروبات بتحويل الحديد ذهابًا وإيابًا بين شكله الصدئ واللامع، في تفاعل كيميائي دقيق يلتقط الملوّثات ويحوّلها.
تستطيع هذه الكائنات المجهرية معالجة المعادن السامة مثل الزرنيخ والرصاص، والمواد الكيميائية كالمبيدات الدقيقة والبلاستيك المجهري، بالإضافة إلى المضادات الحيوية والعناصر الغذائية الزائدة التي عادةً ما تلوث المياه.

تتمثل أبرز مزايا هذه العملية في تنظيف التربة على بشكل طبيعي، بدلاً من الحاجة إلى حفر التربة الملوّثة ونقلها، يمكن للعلماء تحفيز هذه الميكروبات لأداء العمل، مما يوفر الطاقة ويحمي النظم البيئية، ويتيح استعادة موارد ثمينة مثل المعادن الأرضية النادرة.

ولا تزال البحوث في مراحلها الأولى ومقتصرة على المختبر، لكنها واعدة. وتتمثل الخطوة التالية في فهم كيفية تطبيق هذه التقنية على التربة الحقيقية مع التحكم في الآثار الجانبية المحتملة مثل انبعاث الغازات الدفيئة.

وأثبت البحث قوة التأثير الذي تستطيع الطبيعة إحداثه في ظل الظروف السليمة، وقد نُشِرَ في مجلة “إنفايرونمينتال أند بيوجيوكيميكال بروسيسيز” المعنية بالتأثير البيئي للدورات الحيوية الجيولوجية الكيميائية.

مواضيع ذات صلة: طائرات بدون طيار تعزز دور المزارعين في الإنتاج الزراعي

عن المومياوات والفئران وطلبة الطب

توجهت مؤخرًا مجموعة من طلبة الأحياء والكيمياء إلى الحرم الرئيس لجامعة خليفة في أبوظبي بدافع حب الاستطلاع لتلقي درس علمي سيبقى في ذاكرتهم مدى الحياة.

الصورة: موقع عام المجتمع في الإمارات

 

أمضى الطلبة رحلة ميدانية لا تُنسى على مدار يومين حافلين بلقاء طلبة الطب ومشاهدة كيف يمكن لتسلسل الجينوم أن يساعد في تشخيص مومياء عمرها قرون وتعلم كيفية تخدير فأر.

استقبلت هبة سمير العطار، المنسق الأكاديمي لكلية الطب والعلوم الصحية، وأعضاء فريق التوعية العامة بجامعة خليفة حافلة طلبة “مدرسة الراحة الدولية“، حيث نظموا لهم تجارب ميدانية ومراسم ترحيبية وزودوهم بمعاطف المختبرات.

وقالت خولة الأسدي، متخصصة لدى فريق التوعية، في مقابلة مع مجلة جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا: “يتمثل هدفنا الأساسي من هذه البرامج التوعوية في تسهيل الوصول إلى التعليم العالي في مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات وجعله واقعًا ملموسًا. نهدف من خلال إطلاع طلبة المدارس الثانوية على جزء من تجربة حرم الجامعة أن نطرح عليهم شيئًا جديدًا ونعرض لهم الفرص المذهلة والبيئة الديناميكية التي تنتظرهم في جامعة كجامعتنا”.


وقد زار طلبة “مدرسة الراحة الدولية” بعد ذلك “مركز جامعة خليفة للتعلم التجريبي والمحاكاة السريرية”، والذي يوفر لطلبة جامعة خليفة عمليات محاكاة تشبه الحياة وتكنولوجيا تصوير متطورة لخوض تجربة تعلم غامرة.

وقاد أحمد كلام محمد وفريقه طلبة المدرسة الثانوية في عرض يوضح كيفية إجراء الإنعاش القلبي الرئوي، كما أتيحت لهم تجربة أجهزة الإشارات الحيوية والمشاركة في ورشة لاكتساب المهارات السريرية.

وقال علي زهير، الطالب في الصف الثاني عشر، والذي يطمح أن يعمل جراحًا تجميليًا: “خضت تجربة المرافق التي أخطط للدراسة بها”.

كان الجزء المتبقي من أول أيام الزيارة أشبه بحلم لأطباء المستقبل المُنتَظَرين، حيث أجروا مع فريق من كلية الطب والعلوم الصحية دراسة حالة واقعية وأمضوا الساعة الأخيرة من اليوم مع طالبين من الكلية، وهما ليث رأفت وكارل كساب، لاكتشاف الحياة العملية داخل المختبر. وطرح الطلبة المنتظر تخرجهم قريبًا من “مدرسة الراحة الدولية” أسئلة على ليث وكارل وتلقوا منهما نصيحة قيمة: استغلوا الفرص ونظموا أوقاتكم جيدًا وانخرطوا في البحث فور تخرجكم مباشرةً.

وقاد مشرفا المختبرات في جامعة خليفة، تراست نيريندا وتشينغيتاناي سامسونز وعضو الهيئة الأكاديمية في جامعة خليفة، أوكوبي إيكبو، طلبة المدرسة الثانوية في جولة بين مختبرات التشريح وعلم الأنسجة في الجامعة. وقالت فرح البلوشي، الطالبة في الصف الثاني عشر: “كان شيئًا غير تقليدي لنا كطلبة في المرحلة الثانوية أن ندخل مختبرًا متطورًا كهذا”.
وحان بعد ذلك دور زيارة “متحف الجسد” في جامعة خليفة، والذي افتُتِحَ عام 2023 كمعرض دائم لأجزاء تشريحية من الجسم البشري تمثل كلًا من التشريح الموضعي والتشريح المُعتَمِد على الأجهزة في البالغين الأصحاء والمرضى. يفتح المتحف أبوابه أمام الجمهور العام وكثيرًا ما يستضيف جولات مدرسية.



وقد شاهد طلبة “مدرسة الراحة الدولية” بين جدران المتحف عينات تشريحية توضح حالة الدماغ بعد تعرضه لسكتة وما يمكن أن تخبرنا به الأعضاء الداخلية للإنسان عن نمط ومستوى معيشته واتساع الجهاز العصبي البشري السليم المُستَخرَج بالكامل وغيرها من المعلومات.

وتحدثت سيوفان أوسيليفان، من قسم العلوم البيولوجية، عن رحلتها المهنية والمومياء المصرية التي درستها قبل التخرج لتحديد سبب وفاة المومياء. وللعلم، كان السبب هو التليف الكيسي. وقد استخدمت سيوفان الحامض النووي الوراثي المُستَخرَج من أظافر قدمي المومياء، بينما ظلت المومياء داخل وعاء على طاولة سيوفان لفترة من الوقت. وبغض النظر فيما إذا كان ذلك مقززًا أو رائعًا، فإننا نقضي أوقاتًا رائعة مع الطلبة الزائرين.

وبالإضافة إلى كل ذلك، كان هناك المزيد من الأشياء “الرائعة” بانتظار الطلبة، حيث تحدثوا عن دور المهندس الطبي الحيوي، مع الدكتورة آنا-ماريا بابا، عضو الهيئة الأكاديمية وشاهدوا عرضًا للتكنولوجيا الطبية قدمه راتب قطمة وناقشوا تكنولوجيات الأجهزة القابلة للارتداء كمستشعرات القدمين والقلب والملابس التي ترصد أنماط النوم وتكنولوجيا اختبار الإجهاد المُستَخدَمَة حاليًا.

وأمضى طلبة “مدرسة الراحة الدولية” في الجزء الأخير من رحلتهم في جامعة خليفة وقتًا أطول داخل المختبر مع حمدان حمدان، حيث ناقشوا معه الحالات العصبية كاضطراب نقص الانتباه وفرط النشاط والتوحد والزهايمر، ثم شاهدوا فيديو عن جراحة أُجرِيَت لفأر وكيفية تخديره وسبب استخدام الفئران أكثر من أي حيوانات أخرى داخل المختبرات (للعلم، استخدام الفئران أرخص ويتيح لنا زيادة حجم الاختبار).


تأمل جامعة خليفة أن تتبادل هذه التجارب في القريب العاجل مع “مدرسة الراحة الدولية- مجمع مدينة خليفة”- الصف الحادي عشر وأن تواصل فتح أبوابها للمؤسسات الأكاديمية الأخرى.


وقالت مرغريتا لوزينزفا، مدرسة كيمياء للمرحلة الثانوية في “مدرسة الراحة الدولية- مجمع مدينة خليفة”: “كانت زيارة طلبة القسم العلمي في السنة الثانية من “برنامج الدبلوم” لدينا إلى جامعة خليفة بمثابة تجربة مُلهمة وثرية ذهنيًا، حيث تلقى الطلبة قدرًا كبيرًا من المعلومات، بدءًا من اكتشاف “متحف الجسد” وكيفية عمل الأجزاء المختلفة من الجسم وكيفية إجراء الاختبارات الجينية للمومياوات المصرية القديمة ومرورًا بفهم كيف يمكن استخدام الذكاء الاصطناعي في تقديم علاج طبي حسب الاحتياجات الشخصية وانتهاءً بمشاهدة كيفية تشخيص التصلب المتعدد وعلاجه ومعلومات مدهشة أخرى عديدة”.

وأضافت: “انخرط الطلبة بشكل نشط في مناقشات مفيدة، وتدربوا على الإنعاش القلبي الرئوي للمرضى في ظروف محاكية للواقع وشاركوا في جلسات أسئلة وأجوبة مع طلبة كلية الطب الذين تفضلوا بتزويدهم بمعلوماتهم الطبية.

نشعر بعميق الامتنان لما لمسناه من دفئ وتوجيه وحرفية، وبصفة خاصة هبة التي لم تدخر وسعًا في إثراء تجربتنا وخولة التي رافقتنا ودعمتنا على مدار اليومين.

ستبقى هذه الزيارة بالفعل في ذاكرة طلابنا بسبب عمق التجربة التعليمية التي وفرتها لهم ونود أن نتقدم بخالص الشكر لكل من ساهم في إنجاحها”.


أعربت هبة عن سعادتها الكبيرة بتنظيم واستضافة الزيارة، مؤكدة أن نجاح الفعالية والتفاعل اللافت من الطلبة وفريق جامعة خليفة كانا مصدر فخر وبهجة لها. وقالت: “أثمرت الجهود المبذولة ومشاهدة الحماس والتفاعل من الجميع نتائج جديرة بالاهتمام استحقّت كل العناء المبذول فيها. أعبر عن امتناني لروح العمل الجماعي والدعم الذي أسهم في نجاح هذا اليوم، وأتطلع إلى تنظيم المزيد من الفعاليات المشابهة مستقبلًا، واستقبال الطلبة من مختلف مدارس أبوظبي.”

Mمواضيع ذات صلة: كلُّ إنجاز مهم ولو كان بسيطًا

هدية البحار

توفر أشجار القرم فوائد عديدة للبيئة، حيث تحتفظ بغاز ثاني أكسيد الكربون وتوفر مواطن آمنة للأسماك وغيرها من الأحياء البحرية الأخرى، كما تمثل حواجز طبيعية للرياح وتحمي الشواطئ من تيارات المد والجزر.

وتتسم أشجار القرم أيضًا بميزة أخرى أثارت اهتمام تيجون زانغ وفريقه البحثي في جامعة خليفة وهي قدرتها على تنقية ماء البحر باستخلاص الملح الذي يدخل عبر جذورها.

وتوفر دولة الإمارات الجزء الأكبر من احتياجاتها من الماء الصالح للشرب بتنقية مياه البحر، لكن تستهلك الطرق التقليدية في تحلية المياه كميات كبيرة من الطاقة وينتج عنها حوالي 141,5 مليون متر مكعب من المياه المالحة في مختلف أنحاء العالم يوميًا على شكل مخلفات صناعية تُلحق الضرر بالبيئة سواء تمت إعادتها إلى البحر أو أُلقِيَت على الشاطئ.

طور تيجون زانغ أشجار قرم اصطناعية تحاكي أشجار القرم الطبيعية وتمثل حلًا رائدًا منخفض التكلفة لتلبية النقص العالمي في المياه.
ويقول تيجون زانغ أن العملية بسيطة وتستمد الطاقة بالكامل من حرارة الشمس.

تقوم طاقة الشمس بسحب السائل إلى أعلى عبر شبكة تيتانيوم نانوية بالاعتماد على الخاصية الشعرية، حيث ينفصل الملح عن الماء ويترسب على “الأوراق” ليسقط ليلًا على قرص إسفنجي يطفو على المياه ويساهم في حفظ الجهاز في اتجاه عمودي داخلها. وينتج عن هذه العملية جمع حوالي 2,2 لتر/ متر مربع من الماء يوميًا.


ويدرس الباحثون طريقة فصل الملح المجمع والاستفادة منه في أغراض أخرى كميزة إضافية لهذه العملية.
– تيجون زانغ، قسم الهندسة، جامعة خليفة


ويضيف تيجون: “يصلح كلوريد الصوديوم للأكل ويصلح كلوريد الكالسيوم وكلوريد المغنيسيوم للعمليات الصناعية. وفي هذا الإطار، أكدت تكنولوجيتنا الحالية إمكانية تجميع الأملاح التي لا يمكن الاستفادة منها وهي ممزوجة ببعضها إلا إذا قمنا بفصلها وتكريرها وتنقيتها، حينها ستحظى بقيمة كبيرة للغاية”.

يرى تيجون أن الجهاز قد يكون قادرًا على استخراج مواد أخرى ذات قيمة من مياه البحر، بما في ذلك الليثيوم.

وأوضح تيجون أن تطبيقات هذا الجهاز ليست صناعية فقط، مشيرًا إلى صِغر حجم الجهاز بشكل يتيح حمله داخل حقيبة الظهر. ويمكن للمتنزهين والأفراد الذين يعيشون بعيدًا عن الشبكات العامة أن يستفيدوا من أشجار القرم الاصطناعية في تنقية المياه لأغراض الاستعمال الشخصي.

ويتميز الجهاز أيضًا ببساطة تصميمه الذي يتضمن شبكة تيتانيوم وطريقة تصنيع كيميائية متميزة لتطوير هيكل نانوي، وهو ما يسهل إعادة إنتاج الجهاز.

ويقول تيجون: “يمكن لطالب في المرحلة الثانوية أن يصنع هذا الجهاز “.
يقوم تيجون وفريقه البحثي في الوقت الحالي ببحث فرص الاستفادة التجارية من هذا الجهاز عبر الشركات الناشئة.

مواضيع ذات صلة: المزارع الرأسية والشعب المرجانية المصنوعة بالطباعة ثلاثية الأبعاد