دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی

درخشش مخترعان ایرانی در ژنو؛

سیستم پایش هوشمند ژئوتکنیکی محققان دانشگاه صنعتی اراک برنده مدال طلای مسابقات بین‌المللی اختراع شد

خبرگزاری علم وفناوری از استان مرکزی گزارش می دهد:

درخشش پژوهشگران ایرانی در رقابت بین‌المللی ژنو؛ کسب مدال طلا با اختراعی انقلابی

در پنجمین دوره مسابقات بین‌المللی نوآوری و اختراع ژنو (IEIG 2024)، پرتوی دیگر از توانمدی پژوهشگران ایرانی در عرصه‌های جهانی درخشید. دکتر رضا احمدی، عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی علوم زمین دانشگاه صنعتی اراک و مهندس محمدرضا اشکبوسی، دانش‌آموخته همین دانشگاه، با اختراعی پیشگامانه موفق به کسب مدال طلا شدند.

نگاهی به اختراع برتر؛ سامانه‌ای برای نجات جانها و جلوگیری از فجایع عمرانی

اختراع برتر این تیم پژوهشی، یک «سامانه پایش و ارزیابی ژئوفیزیکی-ژئوتکنیکی» است که با بهره‌گیری از فناوری‌های پیشرفته‌ای مانند اینترنت صنعتی اشیاء (IIOT) و داده‌های ماهواره‌ای، امکان نظارت مستمر و دقیق بر پارامترهای حیاتی تأثیرگذار بر ایمنی سازه‌ها را فراهم می‌کند. هدف نهایی این سیستم، پیشگیری از فجایع عمرانی ناشی از نشست‌های نامتقارن، لغزش و سایر ریسک‌های ژئوتکنیکی با ارائه داده‌های تحلیلی بلادرنگ است.

از معرفی پروژه تا چشم‌انداز آینده؛ مشروح گفت‌گو با دکتر احمدی

خبرگزاری علم و فناوری به منظور واکاوی بیشتر جزئیات این دستاورد علمی و تأثیر آن بر آینده صنعت ساخت‌وساز، گفت‌گویی را با دکتر رضا احمدی عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی علوم زمین دانشگاه صنعتی اراک ترتیب داده است. آنچه در ادامه می‌آید، مشروح این گفت‌گو است که از معرفی پروژه تا چالش‌های فنی، چشم‌انداز آینده و پیامی امیدبخش برای پژوهشگران جوان را در بر می‌گیرد.

قلب تپنده پروژه؛ ادغام داده‌های میدانی و ماهواره‌ای برای خلق نقشه ریسک

دکتر رضا احمدی گفت: عنوان این پروژه، «طراحی سامانه پایش و ارزیابی ژئوفیزیکی-ژئوتکنیکی مبتنی بر IIoT و داده‌های ماهواره‌ای برای ساخت‌وساز ایمن» است. در این سامانه، داده‌های میدانی که از سنسورهای قابل‌حمل مبتنی بر IIoT جمع‌آوری می‌شوند، با داده‌های ماهواره‌ای تلفیق می‌گردند تا پارامترهای ژئوتکنیکی کلیدی زمین استخراج شوند. این پارامترها مبنای تصمیم‌سازی برای مهندسان عمران، معماران و مدیران شهری قرار می‌گیرند.
خروجی نهایی این فرآیند، ارائه یک «نقشه ریسک» به همراه «توصیه‌های طراحی سازه‌ای» است. افزون بر این، سیستم با بهره‌گیری از کرادسورسینگ داده‌ها، امکان ایجاد یک پایگاه دانش شهری و منطقه‌ای را نیز فراهم می‌کند.

انگیزه اولیه؛ پاسخ به یک نیاز ملی و عبور از محدودیت روش‌های سنتی

وی افزود: ایده اولیه این طرح، در پاسخ به نیاز مبرم پروژه‌های عمرانی کشور برای ارزیابی سریع و دقیق زمین، به ویژه در مناطقی با شرایط پیچیده زمین‌شناسی، شکل گرفت. روش‌های سنتی پرکاربرد مانند حفاری‌های اکتشافی یا آزمایش‌های SPT که برای این منظور استفاده می‌شوند، دارای محدودیت‌های اساسی هستند؛ ازجمله اینکه داده‌های آنها نقطه‌ای است و فرآیند جمع‌آوری این داده‌ها بسیار زمان‌بر و پرهزینه می‌باشد.
بر همین اساس، بررسی این نارسایی‌ها، ما را به سمت ایده طراحی سامانه‌ای سوق داد که بتواند با تلفیق هوشمندانه داده‌های سنجش میدانی و فضایی، راه‌حلی کاربردی و جامع ارائه دهد. در این طرح، داده‌ها عمدتاً از طریق گره‌های حسگر میدانی که هم نقش مولد موج و هم نقش گیرنده (سنسور) را ایفا می‌کنند، برداشت می‌شوند. این داده‌های میدانی سپس با تصاویر ماهواره‌ای تلفیق می‌گردند تا پوشش مکانی و زمانی سیستم به طور قابل توجهی افزایش یابد و به نتیجه‌ای کامل‌تر و دقیق‌تر دست پیدا کنیم.

مکانیزم هوشمند هسته‌های سنجش؛ قلب تپنده سامانه

دکتر احمدی در خصوص مزیت اصلی این سامانه در مقایسه با روش‌های متداول توضیح داد: مزیت اصلی این سامانه در یکپارچگی و معماری هوشمند هسته‌های سنجش آن نهفته است. هر هسته نه‌تنها به‌عنوان یک سنسور عمل می‌کند، بلکه خود به‌طور مستقل قادر به تولید موج نیز می‌باشد.
زمانی که چندین هسته در قالب یک شبکه قرار می‌گیرند، به‌صورت زمان‌بندی‌شده و هماهنگ عمل می‌کنند: به این ترتیب که یک هسته، موج معینی را به درون زمین ارسال می‌کند و هسته‌های دیگر در نقاط مختلف، این امواج را دریافت و ثبت می‌کنند. «اختلاف در شدت» و «زمان دریافت» امواج توسط هسته‌های مختلف، شاخصی مستقیم و بسیار دقیق از ویژگی‌های زیرسطحی زمین ارائه می‌دهد.
سپس در بازه‌های زمانی از پیش تعیین‌شده، نقش مولد موج به صورت چرخشی میان هسته‌های مختلف شبکه جابه‌جا می‌شود. این مکانیزم باعث می‌شود تا تمامی نقاط منطقه مورد نظر به‌طور متقاطع و از زوایای مختلف ارزیابی گردند.
این الگوی نوآورانه «انتشار و دریافت متوالی و چرخشی» این امکان را فراهم می‌آورد که حتی با تعداد محدودی سنسور، اطلاعاتی با پوشش کامل مکانی و دقت بسیار بالا از شرایط ژئوتکنیکی زمین به دست آید. نتیجه این فرآیند، حذف نیاز به جابجایی مکرر و پرهزینه تجهیزات در عین افزایش چشمگیر دقت و قابلیت اطمینان داده‌های ارزیابی است.

نتایج درخشان در آزمایشگاه؛ افزایش سرعت و کاهش خطا

این عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی در ادامه به تأثیر این پروژه بر پروژه‌های واقعی اشاره کرد و گفت: در سناریوهای آزمایشگاهی که تاکنون طراحی و شبیه‌سازی شده است، این سامانه موفق شده است سرعت ارزیابی زمین را تا ۲۵ درصد افزایش و احتمال خطای طراحی را تا ۳۵ درصد کاهش دهد.
همچنین، قابلیت شناسایی دقیق لایه‌های سست و اشباع در خاک، امکان پیش‌بینی و کاهش ریسک پدیده‌های خطرناکی چون روان‌گرایی و نشست‌های نامتقارن را به طور محسوسی فراهم آورده است.
این نتایج امیدوارکننده نشان می‌دهند که به کارگیری این سامانه در پروژه‌های عمرانی واقعی نیز می‌تواند منجر به صرفه‌جویی قابل توجه در زمان و هزینه و در عین حال، ارتقای چشمگیر سطح ایمنی سازه‌ها گردد.

گام بعدی؛ حرکت از آزمایشگاه به میدان و جذب سرمایه‌گذار

دکتر احمدی در مورد وضعیت کنونی توسعه این فناوری اظهار داشت: سامانه در حال حاضر در سطح آمادگی فناوری 3 (TRL 3) قرار دارد؛ به این معنا که طراحی پایه‌ای و آزمایش‌های آزمایشگاهی اجزای اصلی آن با موفقیت تکمیل شده‌اند.
گام بعدی، حرکت به سمت سطح TRL 6 و انجام آزمایش‌های میدانی در یک سایت واقعی تعریف شده است. برای تحقق این هدف، جذب سرمایه‌گذار و جلب حمایت صنعتی در دستور کار قرار گرفته است تا نمونه حداقلی قابل عرضه به بازار (MVP) با قابلیت تجاری‌سازی ساخته و ارائه گردد.

رقابتی سخت در ژنو؛ زمانی که سادگی و هوشمندی بر پیچیدگی پیروز شد

وی در ادامه با اشاره به حضور این سامانه در رقابت‌های بین‌المللی افزود: این سامانه در پنجمین دوره مسابقات بین‌المللی نوآوری و اختراع ژنو سوئیس ارائه شد. دلیل اصلی انتخاب این رویداد، حضور داوران برجسته بین‌المللی و تمرکز ویژه آن بر فناوری‌های کاربردی و نوآورانه بود.
در رقابتی فشرده با بیش از هزار اختراع از ۵۰ کشور جهان، ویژگی‌های اصلی سامانه ما از جمله طراحی ماژولار و مقرون‌به‌صرفه بودن، به عنوان مزیت رقابتی اصلی شناخته شد. بسیاری از رقبا سیستم‌های پیچیده، سنگین و هزینه‌بر ارائه کرده بودند، در حالی که طراحی انعطاف‌پذیر مبتنی بر IIoT و قابلیت کرادسورسینگ داده‌ها در سامانه ما، توجه داوران و حضار را به خود جلب کرد.
اعطای مدال طلا به این سامانه، نه تنها یک موفقیت بین‌المللی، بلکه تأییدی بر جایگاه فناورانه، ماهیت نوآورانه و کاربردی بودن آن در سطح جهانی است.

تأیید پنهان داوران؛ زمانی که مدال طلا خودش سخن می‌گوید

دکتر احمدی در خصوص بازخورد داوران بین‌المللی افزود: فرآیند داوری این رقابت در دو فاز مجزا انجام شد. در فاز نخست، معیارهای اصلی، نوآورانه بودن اختراع و مسئله‌محور بودن آن مورد ارزیابی قرار گرفت. در فاز دوم، این سامانه با سایر اختراعات در دسته‌بندی مرتبط مقایسه شد.
اگرچه به دلیل ماهیت عمومی رویداد، بازخورد مستقیم و مشروح داوران به تیم‌ها ارائه نشد، اما کسب مدال طلا به‌طور واضح نشان‌دهنده این است که سامانه ارائه‌شده از جنبه‌های علمی، کاربردی و اقتصادی مورد توجه و تأیید کمیته داوران بین‌المللی قرار گرفته است.

پشت صحنه فناوری؛ غلبه بر چالش‌های پیچیده مهندسی

دکتر احمدی در تشریح چالش‌های فنی پیش‌رو و راه‌حل‌های آن گفت: یکی از اصلی‌ترین چالش‌های فنی، طراحی دستگاهی بود که بتواند به صورت همزمان هم نقش منبع ایجاد موج و هم نقش گیرنده را به طور دقیق و پایدار ایفا کند. این چالش با طراحی یک الگوریتم اختصاصی و خلق یک معماری یکپارچه سخت‌افزاری و نرم‌افزاری در نهایت محقق شد.
چالش کلیدی دیگر، ایجاد یک پلتفرم شبکه‌ای کارآمد و پایدار برای برقراری ارتباط هماهنگ بین همه دستگاه‌های مستقر در میدان بود. هدف از این پلتفرم، تضمین هماهنگی دقیق زمانی و مکانی در فرآیند برداشت داده‌ها بود. این مشکل نیز از طریق توسعه یک پروتکل ارتباطی اختصاصی و یک الگوریتم زمان‌بندی بهینه برطرف گردید.

تواضع یک استاد؛ تقدیر از نقش بی‌بدیل دانشجو در موفقیت پروژه

دکتر احمدی در مورد نقش اعضای تیم توضیح داد: بخش عمده این کار، از جمله توسعه فنی و نقش عملیاتی در رفع چالش‌های مهندسی برای تبدیل علم به محصول، توسط آقای مهندس محمدرضا اشکبوسی، دانش‌آموخته مقطع کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی اراک، انجام شد. اینجانب، به عنوان عضو هیئت علمی، نقش بسیار اندکی در هدایت و راهنمایی کلی طرح ایفا کردم.

پیام امیدبخش به پژوهشگران جوان: ایده ۱۰ درصد راه است، اجرا ۹۰ درصد

دکتر احمدی پیامی برای پژوهشگران ایرانی داشت و گفت: فاصله پژوهش در ایران با سطح بین‌المللی چندان زیاد نیست. آنچه از اهمیت اساسی برخوردار است، صورت‌بندی دقیق مسئله و طراحی راه‌حلی است که از همان ابتدا، قابل اجرا و استقرار باشد.
دانشجویان و پژوهشگران جوان باید به این نکته کلیدی توجه داشته باشند که ایده تنها ۱۰ درصد از مسیر موفقیت را تشکیل می‌دهد و ۹۰ درصد باقیمانده، به تلاش مستمر برای اجرا و عرضه عملی آن اختصاص دارد. حتی عدم پذیرش یا رد شدن یک پروژه پژوهشی نیز باید به عنوان بخشی ارزشمند از فرآیند یادگیری در نظر گرفته شود و هرگز نباید مانع توقف و ادامه حرکت به سمت اهداف بزرگ شود.

چشم‌انداز آینده؛ از تجاری‌سازی تا هوش مصنوعی و پایگاه دانش ملی

دکتر احمدی در مورد چشم‌انداز آینده این پروژه گفت: چشم‌انداز نهایی، تجاری‌سازی این سامانه در سطح ملی و بین‌المللی است. هدف کوتاه‌مدت، حرکت از سطح آمادگی فناوری 3 (TRL3) به سطح TRL6 و سپس توسعه نسخه‌های صنعتی و تجاری این فناوری است.
در ادامه، ایجاد یک پایگاه دانش شهری جامع با بهره‌گیری از قابلیت‌های کرادسورسینگ داده‌ها و همچنین توسعه نسخه‌های هوشمندتر این سامانه با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین در دستور کار قرار خواهد گرفت.
پیمودن این مسیر می‌تواند بستر لازم برای اجرای پروژه‌های بزرگ ملی در حوزه ایمن‌سازی ساخت‌وساز و مدیریت یکپارچه ریسک‌های زمین‌شناسی را فراهم سازد.

حرف آخر: شجاعت بیان ایده؛ کلید موفقیت نسل آینده

دکتر احمدی در پایان با بیان حرف آخر تأکید کرد: هر ایده‌ای، هرچند کوچک، دست‌کم یک‌بار شایستگی بیان و بررسی شدن را دارد. ترس از شکست نباید به مانعی در مسیر خلاقیت و نوآوری تبدیل شود. آنچه واقعاً ارزشمند است، تداوم حرکت و شجاعت در بیان و پیگیری ایده‌ها است تا از این طریق، مسیر موفقیت برای نسل آینده پژوهشگران و مخترعان جوان کشور هموار گردد.

خبرنگار: طاهره جوکار

انتهای خبر/