التصنيف: هندسة

كيف لشريحة نيورالينك أن تنهي عالمنا الذي نعرفه؟ سيناريوهات وتوقعات

“حاولت إقناع الناس أن يبطئوا … يبطئوا الذكاء الصناعي … لم يصغِ إليّ أحد”

كانت هذه الكلمات التي نطقت بها شفتا المهندس ورجل الأعمال الشهير إيلون ماسك، نطق بها محذرًا من خطر الذكاء الصناعي على البشر ومستقبلهم، فالذكاء الصناعي أصبح يهدد الذكاء البشري، وما هي إلا سنوات معدودات حتى يملك الذكاء الصناعي زمام جميع أمورنا نحن البشر من وجهة نظره.

استطاعت 6 مليون سنة من التطور صقل الدماغ البشري بحيث لا يتسامح مع فكرة تفوق الآخرين، فنحن نغار من بعضنا البعض، ونشعر بالتهديد في حال تفوق أحدهم علينا، وهذا هو سر تخوفنا من الذكاء الصناعي، حيث أن هذه الحواسيب ستكون مدركة لتفوقها على أدمغتنا خلال سنوات، فمثلما جاء في فيلم «Alien Covenant» بعد عدة دقائق من تشغيل الروبوت الذكي «ديفيد-David» على يد صانعه المهندس «بيتر ويلاند-Peter Weyland»، وجّه ديفيد الكلام لويلاند قائلًا:

“أنت تبحث عن خالقك بينما أنظر إلى صانعي، سيكون عليّ أن أخدمك على الرغم من كونك إنسان سيموت بينما أنا لن أموت”

فهذه الروبوتات ستكون مدركة تمامًا لتفوقها علينا وأحقيتها بالسيادة بحكم ذكائها وقدرتها على التعلم.

ويبدو أن الحل الوحيد لهذه المعضلة هو أن نحارب النار بالنار، يبدو أن الحل كامن في دمج الدماغ البشري مع الحواسيب الذكية لكي نضمن سيادتنا على هذه الروبوتات التي صنعناها بأيدينا. لكن يبدو أن هذه الفكرة ما هي إلا نذير لسيناريو آخر لهلاك أعنف للبشر.

كشف إيلون ماسك الستار عن أحدث إبداعات شركته «نيورالينك-Neuralink»، وهي عبارة عن شريحة تُزرع في الدماغ عن طريق عملية جراحية، معلنة بدء عصر دمج الدماغ البشري بالآلة على نطاق تجاري، ستعطي الشريحة لصاحبها قابلية محو بعض ذكرياته، وتعديل الساعة البيولوجية، وزراعة معلومات داخل الدماغ، وغيرها الكثير من الإمكانيات.

وسط التخوفات ونظريات المؤامرة والتحذيرات الكثيرة قد نشعر ببعض من عدم الارتياح لهذه الفكرة، دعونا نناقش سويًا مخاطر هذه الفكرة.

أشهر 4 تخوفات من شريحة إيلون ماسك

1- «الاختراق-Hacking»

إذا قام أحدهم باختراق هذه الشريحة فسيملك بين يديه كل المعلومات التي يحتويها دماغ صاحبها، بل أنه سيملك صاحبها نفسه، تخيل عزيزي القارئ أن مشاعرك، وذكرياتك، وخبراتك، ومخاوفك بل وحتى أفعالك ستكون ملك يدَي شخص آخر.

هذا قد يمكنّه من زراعة ذكريات وهمية في دماغك، تخيل أن يتحكم بك ليرتكب جريمة بيديك، ولن يُدان بالجريمة سواك أنت.

اختراق هذه الشريحة سيمكن مخترقها من التحكم في حياة صاحبها حرفيًا، وهذه ليست بالفكرة الجيدة على ما يبدو.

2- الاستغلال

بما أن الشريحة يمكن عن طريقها التحكم في مشاعر وأفكار صاحبها، دعونا نتخيل سويًا ما قد يحدث إذا استغل رؤساء العمل هذا لجعلنا نعمل ساعات إضافية، أو تحكمت بنا الشركات التجارية الكبرى لشراء منتجاتها بنهم، أو تحكم السياسيون بمعارضيهم لتحويلهم إلى خدم مطيعين لهم، سنصير عبيدًا تحت رحمة من يسيطر على هذه الشريحة، وهذا سيقوم بخلق واقع ديستوبي شبيه بالذي في رواية “1984” لكاتبها الراحل «جورج أورويل-George Orwell».

استغلال هذه الشريحة من قبل الآخرين سيسلبنا إنسانيتنا وحريتنا محولًا إيانا إلى نسخ كربونية تطابق رغبات الآخرين دون أي اعتراض منّا على أي شيء.

3- التطبيقات العسكرية

كعادة معظم ابتكارات واكتشافات البشر، لا يطول الأمر حتى يأتي أحدهم بفكرة لتوظيف هذا الاكتشاف في صناعة الأسلحة، خذ على سبيل المثال الهندسة الوراثية التي استُخدمت في صناعة وتطوير الأسلحة البيولوجية، أو معادلة أينشتاين الشهيرة “E=MC^2” التي تنص على وجود طاقة مختزنة في ذرات المادة، وجميعنا نعرف انها كانت شرارة أشعلت نارًا التهمت 200,000 روح بريئة باسم الطاقة النظيفة الغير محدودة.

امتلاك شيء قادر على التحكم بالدماغ البشري قد يخلق جنودًا خارقين يمكنهم القتال لساعات متواصلة دون كلل أو خوف، جنودًا دمويين لا وجود للرحمة في قاموسهم، لا يجدون أي مشكلة أخلاقية في إبادة الأبرياء وارتكاب أبشع جرائم الحرب، فقط يفعلون ما يؤمَرون به دون خوف أو تفكير، وهذا بلا شك سيقلب موازين القوى ويغير شكل الحروب للأبد.

4- «الإبادة الجماعية-Genocide»

لن يستغرقك الأمر بضع دقائق من التأمل حتى تجد تحكم البشر واستعبادهم لما حولهم، نحن نقتل الأفيال من أجل العاج، نقتل الحيوانات من أجل لحومها وفرائها، نمتطي الحيوانات الأخرى كالخيول بغرض المفاخرة، نمتلك تلك الرغبة الصارخة في السيطرة على كل ما هو أدنى منّا.

التاريخ مليء بإبادات جماعية بسبب العنصرية والتعالي على الأعراق الأخرى، في الواقع، قد نكون نحن السبب في انقراض أسلافنا من ال «Homo Neanderthals» وال «Homo Erectus» فقط لأننا أعلى تطورًا منهم، أو لأنهم كانوا يمثلون خطرًا على الموارد الغذائية التي كانت شحيحة آنذاك، ولماذا نذهب بعيدا؟

هتلر شن حملات إبادة ضد اليهود، وذوي الإعاقات، والمثليين، وأصحاب الأمراض المزمنة.

كولومبوس أباد سكان أمريكا الأصليين، وغيرها الكثير من حملات التطهير العرقي التي تزعمها أشخاص احتقروا أعراقًا أخرى.

مما لا شك فيه الآن أن هؤلاء ال« بشر السيبرانيين-Cyborgs» سيشعرون أننا أدنى منهم ذكاءً وكفاءةً، سيرون أنهم متطورون عنّا، وأننا على درجة أدنى من السلم التطوري، وهذا ينذر بإبادة جماعية للبشر الطبيعيين، مما قد يعني نهاية البشرية بالشكل الذي نعرفه.

الخلاصة: قد يأخذ المستقبل منحى أخر أكثر ظلامًا مما كنّا نتوقع، فيجب علينا أن نتمهل ونفكر مليًّا فيما نحن مقبلون عليه، وإلا كنّا سببًا في هلاك أنفسنا.

المصادر:

forbes
the conversationtheconversation

اقرأ المزيد حول: ماذا تعرف عن شريحة نورولينك العصبية التي أعلن عنها إيلون ماسك

ما هي الخورازميات العودية «Recursion Algorithms» ؟

سلسلة تعلم الخوارزميات: ما هي الخوارزميات العودية؟ نوصف الشيء بأنه ذو بنية عودية إذا كان مؤلفًا من مكونات بعضها معرف تعريف الشيء الأصلي أو الأساسي.

إن مفهوم العودية ذائع الصيت في المجال الرياضي إذ يستخدم في التعريفات الرياضية وحل كثير من المسائل فيها كمسائل المضاريب و”متسلسلة فيبوناتشي” ومسألة “برج هانوي” وغيرها من المشاكل ذات التعريف العودي.

دعنا نوضح الفكرة الرئيسية لاستخدام الخوارزميات العودية المسائل كالتالي: لحل مسألة ما، سنقوم بتحليل المسألة الرئيسية إلى مسائل فرعية لنفس المسألة الأصلية ومن ثم ّ استخدام حلول المسائل الفرعية للوصل إلى الحل النهائي للمسألة الرئيسية.

يستخدم مفهوم الخوارزميات العودية في حسابات المضاريب «factorials» في الرياضيات فلكي نتمكن من حساب مضروب عدد ما يجب معرفة مضروب العدد السابق  وهكذا حتى نصل إلى العدد 1 .

فمثلًا إذا كان لدينا عدد نرمز له بالرمز n  وأردنا حساب مضروبه- دعنا نرمز لمضروبه بالرمز!n  -والذي يمثل في هذه الحالة المسألة الأصلية- سنحتاج إذن إلى حساب المسائل الفرعية المتفرعة من هذه المسألة الأصلية أي سنقوم بحساب «(n-1)!» و«(n-2)!» وهكذا.  لنفترض أننا نريد حساب مضروب العدد 4 ففي هذه الحالة سيتعين علينا إجراء العملية الحسابية كالتالي:

4!= 4 x (4 -1)! =4 x 3! = 4 x 3 x (3-1)! = 4 x 3 x 2! =4 x 3 x 2 x (2-1)! = 4 x 3 x 2 x 1! = 4 x 3 x 2 x 1x (1-1)! =4 x 3 x 2 x 1 x 0!

كما نرى في مثالنا السابق قمنا بتقسيم المسألة الرئيسية إلى عدة مسائل فرعية فلحساب مضروب العدد 4 قمنا بحساب مضروب العدد 3 ثم مضروب العد 2 وهكذا حتى وصلنا للرقم 0 والذي مضروبه يساوي 1 (0! =1). إذن مضروب العدد 4 يساوي

4! = 4 x 3 x 2 x 1 x 1 =24

ما هي شروط الخوارزميات العودية ؟

يجب أن تحتوي جميع الخوارزميات العودية على ما يلي:

• «الحالة الأساسية-Base Case»: متى ستتوقف فيه الخوارزمية ففي المثال السابق توقفنا عن حساب مضاريب الأعداد عندما وصلنا إلى الرقم 0.
• الإجراء التنفيذي للوصول إلى الحالة الحالة الأساسية: يقصد به  الجزء الذي نجعل فيه المشكلة أبسط (على سبيل المثال ،نقسم المسألة الاصلية إلى عدة فروع أصغر كما في المثال السابق لحساب مضروب العدد 4 نقوم بحساب مضاريب الأعداد الطبيعية التي هي أقل من 4).
• الاستدعاء التكراري: هو االجزء الذي نستخدم فيه نفس الخوارزمية لحل نسخة أبسط من المشكلة.

ما هي أنواع الإجراءات في الخوارزميات العودية ؟

إنّ الأداة اللازمة والكافية للتعبير عن برنامج معيّن تعبيراً عودياًّ هي «الإجرائية-Procedure» أو «الدالة-Function» لأنها تسمح بإعطاء اسم معين لمجموعة تعليمات، وهذا ما يسمح باستدعاء هذه التعليمات استدعاءً عوديّاً. يمكن التمييز بين نوعين من الإجرائيات العوديّة:

– الإجرائيات ذات العوديّة المباشرة «direct recursion»: نقول عن إجرائية P إنها عوديّة مباشرة إذا كانت تحوي استدعاءً صريحاً لنفسها.
– الإجرائيات ذات العوديّة غير المباشرة «indirect recursion»: نقول عن إجرائية P إنها عوديّة غير مباشرة إذا كانت تستدعي إجرائية أخرى Q تستدع P بطريقة مباشرة أو غير مباشرة.

تطبيق مفهوم العودية في متسلسة فيبوناتشي

في عام 1202 توصل فيبوناتشي إلى اكتشاف أجمل السلاسل العددية على الإطلاق وذلك أثناء بحثه حول سرعة تكاثر الأرانب في الظروف المثالية وقد صاغ فرضياته على النحو التالي:

• نبدأ بزوج واحد من الأرانب -ذكر وأنثى- حديثي الولادة.
• تصبح الأرانب قادرة على الإنجاب عندما يصبح عمرها شهراً واحداً.
• بعد أن يبدأ زوج الأرانب بالإنجاب فإنه ينجب في كل شهرا زوجاً واحداً من الأرانب -ذكر وأنثى-
• الأرانب لا تموت خلال مدة الحساب

إذن كم زوجًا من الأرانب سيكون لدينا بعد عام؟ هذا السؤال الذي طرحه العالم فيبوناتشي وتمكن آنذاك من صياغة متسلسلته الشهيرة على النحو التالي

0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144,……

إذا دققت النظر إلى هذه المتسلسلة ستجد أن كل رقم هو ناتج عن جمع الرقمين السابقين له، فالرقم 89 هو ناتج جمع الرقمين 55 و 34 والرقم 55 هو ناتج جمع الرقمين السابقين له 34 و 21 وهكذا. إذاً لدينا حالتان بدائيتان (0 و 1) بينما من أجل أي عدد آخر لا يمكن حساب القيمة إلا بالاعتماد على القيم المسبقة، هذا يعني أنه لدينا تكرار حساب دالة فيبوناتشي ولكن في كل مرة لأعداد أصغر حتى نصل إلى أبسط قيم ممكنة أي 0 و 1.

بذلك يمكننا القول بأن متسلسلة فيبوناتشي معرفة تعريفًا عوديًا. الجدير بالذكر أن هذه المتسلسة تظهر بشكلٍ متكرر في الطبيعة لتبدو وكأنها مؤشر على بعض جوانب النمو. على سبيل المثال، يُمكنك إيجادها في حلقات الحلزونات الطبيعية، وفي النباتات، وفي أزهار عباد الشمس وفي شجرة عائلة النحل، وترتبط هذه السلسلة برقمٍ شهير يُعرف بالنسبة الذهبية «golden ratio» إذ أن النسبة بين أي رقمين متتالين -أي رقمين بعد الرقم 2 في المتسلسلة-  تقترب من النسبة الذهبية كلما تقدمنا أكثر في المتسلسلة فالنسبة بين 5 و 3 تساوي 1.666 والنسبة بين 8 و 5 يساوي 1.6 وهكذا حتى نصل إلى العدد 40 والأعداد التالية ستجد بأن النسبة تساوي تقريبا النسبة الذهبية والتي تقدر قيمتها ب 1.618033988749895 .

توزع حلزونات البذور على نمط متسلسة فيبوناتشي في زهور عباد الشمس

هل الخوارزميات العودية هي الحل الأمثل في جميع الحالات؟

نستفيد من الخوارزميات العودية عندما نتعامل مع مسائل معقدة حيث تقوم العودية بتقسيم هذه الحالة إلى حالات أبسط على التوالي حتى إن تصل إلى حالة بدائية. ومن ثم تعود خطوةً خطوةً وتعوض القيم الناتجة إلى أن تصل إلى الحالة الأصلية فنحصل على الناتج النهائي.

لكن الاستدعاءات العودية تسبب ضياعاً في الوقت وتستهلك ذاكرة إضافية لذا لا تستخدم في الواقع العملي في كل المسائل فذواكر الحواسيب التي تعمل على معالجة البيانات محددة الحجم وقد لا تكفي لكل وسائط الاستدعاء. يمكنك متابعة المقالات السابقة في سلسلة تعلم الخورزميات من هنا وهنا.

المصادر

geeksforgeeks
khanacademy
utah.edu
livescience
plus.maths

ما هي خرائط التدفق ؟

تُعرف خرائط التدفق «flowcharts» بأنها مخططات توضح تسلسل الخوارزمية من البداية حتى النهاية وهي عبارة عن تمثيل مرئي لتسلسل الخطوات والقرارات اللازمة لأداء المهمة المحددة.

تجدر الإشارة إلى أنه لا توجد معلومات واضحة حول مخترع هذه الخرائط ولكن أول معيار موحد لخرائط التدفق قدّمها الزوجان “فرانك وليليان جيلبرت” في عام 1921 في عرض تقديمي لأعضاء الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين بعنوان:” مخططات العمليات: الخطوات الأولى في إيجاد أفضل طريقة للقيام بالعمل”.

بعد ذلك، في ثلاثينيات القرن الماضي، قام المهندس الصناعي “ألان إتش موجينسن” بتدريب بعض المشاركين في مؤتمرات تبسيط العمل في نيويورك. بدأ المشاركون من هذا المؤتمر مثل “أرت سبياتجر” و”بِن جراهام” في استخدام خرائط التدفق في مجالات تخصصهم، مما ساعد في نشر استخدام مخطط التدفق.

كانت هذه الخرائط وسيلةً شائعةً لوصف خوارزميات الحاسوب ولا تزال تستخدم لهذا الغرض. يمكن اعتبار التقنيات الحديثة مثل مخططات لغة النمذجة الموحدة «UML activity diagrams» على أنها امتداد لخرائط التدفق.

في سبعينيات القرن الماضي، انخفضت شعبية خرئط التدفق عندما أصبحت طرفيات الحاسوب التفاعلية ولغات البرمجة من الجيل الثالث أدواتً شائعةً للتجارة، إذ يمكن التعبير عن الخوارزميات بشكل أكثر إيجازًا كرمز مصدر في مثل هذه اللغة، بالإضافة إلى التعقيد الشديد الناتج عن استخدام خرائط التدفق لوصف الخوارزميات التي تحتوي على أوامر التنقل والقفز.

من اليسار الزوجان فرانك وليليان ومن اليمين المهندس ألان موجينسن وبن جراهام

الرموز المستخدمة في تمثيل خرائط التدفق

• رمز طرف المخطط: ويُمثل بإطار بيضاوي .
• الإدخال أو الإخراج: ويُمثل بشكل متوازي الأضلاع ويستخدم لإدخال البيانات أو لعرض النتائج .
• العملية أو المعالجة: تُمثل بإطار مستطيل ويستخدم للعمليات الحسابية أو عمليات المعالجة.
• اتخاذ القرار: ويُمثل بشكل معين ويشير إلى وجود تفرع في العملية لاتخاذ قرار معين.
• خطوط الاتجاه: تشير إلى اتجاه سير العملية.

الرموز المستخدمة في خرائط التدفق

توجد العديد من الأنواع لخرائط التدفق المستخدمة في تمثيل الخوارزميات كخرائط التدفق التتابعية البسيطة وهذا النوع يخلو من التكرارات والتفرعات بعكس خرائط التكرار البسيط والمعقد وخرائط التفرع التي تتضمن اختيار القرارات وفيما يلي مثال توضحي بسيط لخريطة تدفق تحوي كل من التكرار والتفرع في نفس الوقت. دعنا نطلق على هذا المخطط اسم خريطة التدفق للاستيقاظ من النوم كما هو موضح بالصورة التالية.

خريطة التدفق للاستيقاظ من النوم

التركيب اللغوي والجُمل والتعبيرات في لغات البرمجة

يُعرف التركيب اللغوي «syntax» بأنه القواعد التي توضح كيفية استخدام لغة فكما للغات البشرية قواعد نحوية خاصة بها، يوجد كذلك لغات قواعد خاصة بكتابة الجمل في لغات البرمجة.

إن أخطأت سهوًا في كتابة جملة ما ستظهر لك رسالة «syntax error» والتي تدل على أن هنالك خطأ نحوي في الكود البرمجي فمثلا في برنامج الماتلاب يوجد الأمر الشهير «clc» الذي يقوم بمسح نافذة الأوامر.

في حالة كتابة «cls» بدلًا عن «clc» سيتظهر لك رسالة «syntax error». وأيضًا في لغة البايثون  «Python»، تُكتب كلمة “print” دائمًا بأحرف صغيرة ثم يتبعها وسيط – الشيء الذي تريد طباعته-. إذا لم تكتب (“print (“Hello World تمامًا كما هو موضح هنا، فستتلقى خطأً في التركيب اللغوي للجملة.

تختلف الجمل تبعًا للغات البرمجة وأيضًا في لغة البرمجة نفسها هناك جمل بسيطة وجمل معقدة وبشكل عام تحتوي الجملة الواحدة على واحد أو أكثر من العناصر التالية:

• بيانات الإدخال: – على سبيل المثال، اسأل المستخدم سؤالاً أو اجمع قيمة من جهاز استشعار.
• بيانات المعالجة: – على سبيل المثال، أضف قيمتين معًا أو اتخذ قرارًا عندما تصل القيمة إلى مبلغ معين.
• بيانات الإخراج: – عرض بعض النتائج أو تشغيل صوت.

التعبيرات: يتم استخدام التعبيرات داخل الجُمل عند التعامل مع القيم. على سبيل المثال، 2 + 2 هو تعبير يُرجع قيمة 4. أما في برنامج حاسوبي، من الممكن أن يكون ذلك تعبيرًا لحساب عمرك. وبهذا نصل إلى نهاية مقالنا الذي تحدثنا فيه عن خرائط التدفق والتعابير والتراكيب اللغوية في البرمجة.لقراءة الجزء الأول من سلسلسة تعلم الخوارزميات اضغط هنا.

المصادر
zenflowchart
medium
BBC

لماذا يعد الجزري الأب الروحي للروبوتات؟
روبوت قابل للبرمجة في القرن الثاني عشر؟ لا تستغرب من فضلك من هذه الفرقة الموسيقية التي تضم أربعة روبوتات: اثنان يعزفان الطبول، وواحد للقيثارة، وواحد للناي يملؤون قصور ديار بكر بالموسيقى. أما ما تتعجب منه بحق فهو أنه يمكنك إعادة برمجة عازفَيْ الطبول ليعزفا إيقاعات مختلفة! إذن لماذا يعد الجزري الأب الروحي للروبوتات؟

انتظر! لم تر بعد هذه الخزانة ذات الرقم السري، ولا هذا الإبريق الذي يغرد طائر آلي من فوق غطائه قبل أن يصب الماء، ولم تر هذا الطاووس الآلي أيضًا. جرب أن تشدَّ ذيله سيصب لك الماء من منقاره ثم يناولك الخادم الآلي الأول صابونًا، ثم يناولك الثاني المنشفة!
هناك أيضًا جهاز الوضوء الذي أغنى السلطان عن الاستعانة بالخدم، وهو عبارة عن صبي يمسك إناء ويقف فوق رأسه طائر يصب الماء على ثمان دفعات!

هل اكتفيت؟ على كل حال هناك المزيد من الآلات اللطيفة منها هذا الروبوت الجالس على متن قارب الذي يعزف ليوقظك من قيلولتك بعد مرور ساعة، وهذه النادلة الآلية التي تخرج من بابها كل سبع دقائق لتملأ لك كأسك!

لعلك تعرف مخترع تلك الآلات من عنوان المقال، ولقد تأثر به دافنشي بعد قرون واستفادت المدن العربية ثم الأوروبية بتقنياته، لكن كيف بدأ كل هذا؟

لماذا يعد الجزري الأب الروحي للروبوتات؟

في أواخر القرن الثاني عشر الميلادي، يلتحق الفتى الحرفي بخدمة حكام ديار بكر من بني أرتق خلفًا لوالده بعيدًا عن الصراعات السياسية والحروب الصليبية الدائرة في بلاد الشام. نشأ هناك في قصور بني أرتق وتحت رعايتهم في أجواء من الرخاء والترف، فلمع نجمه، وتفجرت عبقريته التي سبقت زمانه بقرون طويلة. إنه بديع الزمان أبو العز بن إسماعيل الجزري من أبرع مهندسي الميكانيكا في التاريخ، وأحد الآباء المؤسسين لعلوم الروبوتات والبرمجة.

استقى الجزري معرفته من التراجم التي ذخرت بها مكتبات العرب في عصرهم الذهبي، من اليونانيين والهنود والصينيين، ومن “علم الحيل” الذي أبدعه الإخوة “بني موسى” من قبله. لم يكن مهندسًا أو مخترعًا فحسب، بل كان حرفيًّا بارعًا اهتم بتطوير وتحسين ما ورثه وأضاف إليه ليخرج بابتكارات جديدة.

“وكنت وجدت فريقًا ممن خلا من العلماء، وتقدم من الحكماء صنعوا أشكالًا، وذكروا أعمالًا لم يباشروا إكمالها تحقيقًا، ولا تمكنوا إلى تصحيح جمعها طريقًا… فاستنبط فنونًا لطيفة المدارج… ولمَّا وجدت في ذلك من المشقَّة، كرهت أن يذهب اجتهادي أدراج الرياح… وألَّفت هذا الكتاب يشمل على بعض خروق دفعتها، وأصول فرَّعتها، وأشكال اخترعتها”

الجزري في مقدمة كتابه

“دليل المستخدم” الأول في الهندسة الميكانيكية للجزري!

على عكس الكثير من علماء المسلمين العمليين ممن لم يهتموا بتدوين ما توصلوا إليه، اهتم الجزري بجمع ما صنعه من آلات، وشرح آلية عملها، وتفصيل خطوات صنعها على طريقة “اصنعها بنفسك-Do It Yourself” الشهيرة حاليًا، مما يجعله أول من يضع دليل مستخدم أو(كتالوجًا) لمخترعاته. حقق كتاب (الجامع بين العلم والعمل النافع في صناعة الحيل) نجاحًا وشهرة واسعة للجزري، واحتوى على خمسين جهازًا من صنعه، واهتم فيه باستخدام لغة سهلة القراءة للعامة والعلماء على حد سواء، كما رسم بنفسه الكثير من الرسوم التوضيحية على أبهى ما يكون من الفن الإسلامي. فنان ومهندس ومخترع في آنٍ واحد!

كم براءة اختراع استحق الجزري؟

اشتهر الجزري بآلاته العجيبة التي تعمل باستمرار من تلقاء نفسها. ساعات أوتوماتيكية، وآلات موسيقية، ومضخات مائية وغيرها. لم يكن في هذا العصر العتيق ما يعرف ببراءات الاختراع، وإلا لكان الجزري صاحب رقم قياسي في زمانه! تضمنت آلات الجزري العديد من التقنيات والمبادئ التي لم تعرفها أوروبا إلا بعد قرون طويلة، هذه بعض منها:
• التحكم بسرعة العجلة الدوارة باستخدام تقنية الهروب.
• التروس المقطعية.
• عمود الحدبات.
• العمود المرفقي(الكرانك-Crank) لتحويل الحركة الدائرية إلى حركة خطّية مستقيمة، وأصبح فيما بعد جزء أساسي لصنع المحرك البخاري ومحركات الاحتراق الداخلي المستخدمة حتى الآن.
• تصفيح الأخشاب للحد من تشوهها.
• استخدام نماذج خشبية وورقية للتصميم.
• أنظمة لمعايرة الفتحات بدقة.
• تحقيق الثبات الإستاتيكي للعجلات.
• صب المعادن في صناديق مقفلة ومغلفة بالرمال.

“من الصعب المبالغة في تأكيد أهمية عمل الجزري في تاريخ الهندسة إنه يقدم ثروة من التعليمات المتعلقة بتصميم الآلات وتصنيعها وتجميعها”

دونالد ر. هيل(Donald R. Hill) ، مهندس ومؤرخ بريطاني مرموق.

ساعات الجزري: حِيَل تخطف الألباب!

عاش الجزري في خدمة الملوك، فسخر ما تعلمه في توفير الرفاهية لهم، وإدخال السعادة إلى نفوسهم، فتفتق ذهنه عن العشرات من الآلات ذاتية الحركة التي لا تزال مثارًا لإبهار كل من يراها. من بين كل مخترعات الجزري، لا يوجد ما يضاهي ساعة الفيل في الدقة والإمتاع والقيمة الحضارية. واحتفى من خلالها الجزري بالحضارات المختلفة التي استقى منها علومه، فالروبوتات المعممة والقلعة ذات القبة من الحضارة العربية، والفيل من الهند، والتنين صيني، والعنقاء من مصر القديمة، والسجادة فارسية.

استخدم الجزري الطاس أو “غاني” الذي استخدمه الهنود في ساعاتهم المائية، وطبق قوانين أرخميدس للطفو. وتجلت عبقريته في قياس الثقب الموجود في الطاس الذي يستغرق نصف ساعة بالضبط كي يمتلأ مولدًا سلسلة من الأحداث والحركات تنتهي بدوران وصفير العنقاء، وتحرك ذراعي الفيال. يتم ضبط الساعة مرتين يوميًا، وتتكر سلسلة الأحداث كل نصف ساعة.

أما أضخم الساعات التي ابتكرها فهي ساعة القلعة التي ترتفع 3.4 مترًا، وهي ساعة فلكية تقوم بحساب الوقت والأبراج ومدارات الشمس والقمر! كما اشتملت على روبوتات ذات أزياء مختلفة تخرج في أوقات مختلفة، وروبوتات لموسيقيين يعزفون الموسيقى في أوقات معينة من اليوم. الساعة يمكن ضبطها بسهولة حسب اختلاف طول الليل والنهار خلال العام، وتحتوي على نظام معقد للتغذية الراجعة. تعتبر الآليات والحسابات المستخدمة في هذه الساعة معقدة للغاية حتى أن البعض يعتقد أن الجزري-على ما هو عليه من عبقرية هندسية- اعتمد على التجريب والخطأ للوصول للنسب الصحيحة.

كذلك قام بصناعة أدق ساعة شمعية تعمل من تلقاء نفسها -كالعادة-، وحين تصل الشمعة للقاع تصعد مرة أخرى بنظام من البكرات والأوزان.
كما صنع عدة ساعات أخرى منها ساعة القرد، وساعة الرامي، وساعة الكاتب وغيرها.

آلات رفع المياه: وداعًا للعضلات وأهلًا بالعقل

كان السائد في تلك الأيام إن أردت جلب المياه من النهر-دون أن يجرفك التيار طبعًا- أن تستخدم الشادوف أو النواعير (السواقي) الأكثر تقدمًا من حيث الاعتماد على قوة دفع المياه لإدارتها. أتى الجزري ووضع خمس تصميمات جديدة لآلات رفع المياه:
• اثنتان منهما تحسين للشادوف.
• آلة استخدم فيها ترسًا مسننًا لتحريكها بالطاقة المائية بدلًا من الحيوانات.
• مضخة استخدم فيها العمود المرفقي لتحويل الحركة الدورانية للدولاب المائي إلى حركة خطية.
• مضخة ترددية استخدم فيها دوران الدولاب المائي لتوليد الطاقة للمكابس التي ترفع المياه لما يزيد عن 13 مترًا باستخدام نظام من أنابيب الشفط وصمامات الدخول والخروج التي تعمل بشكل متعاكس تبعً لحركة المكبس.

لم يكن هذا هو أقصى ما توصل له العرب في هذا المجال، بل تلاه العالم (تقي الدين بن معروف الراصد) بابتكار مضخة سداسية الأسطوانات وضع فيها تقنيات استخدمت فيما بعد في صناعة الورق وتشكيل الصفائح المعدنية.

ما زال تراث الجزري حاضرًا

استفادت مدن الدولة الإسلامية بتقنيات رفع وتوزيع المياه التي ابتكرها الجزري، واستخدمت الأدوات التي ابتكرها في صناعة المحرك البخاري ومحرك الاحتراق الداخلي. وبعد قرون عديدة من وفاته، ما زالت كتابات وآلات الجزري حاضرة كجزء مهم من تطور الهندسة الميكانيكية، وهناك متحف كامل له بتركيا، كما تُعرَض مجسَّمات لساعة الفيل في ألمانيا ودبي وغيرها.

كما ترى عزيزي القارئ، كان الجزري مهندسًا عبقريًا بالفطرة، ولكنه لم يكن استثناءًا بل كانت هذه هي النتيجة الطبيعية للعوامل التي توافرت في العصر الذهبي للإسلام: أشخاص موهوبون، رخاء اقتصادي، ودولة داعمة للعلم والابتكار. أختم المقال بكلمات ندر وجودها في زماننا كمثال حي لدعم الدولة للعلماء وتشجيعهم:

“لقد صنعت أشكالًا عديمة المثال، وأخرجتها من القوة إلى الفعل، فلا تضيع ما تعبت فيه وشيدت مبانيه، وأحب أن تصنف كتابًا ينتظم وصف ما تفرَّدت بتمثيله وانفردت بوصف تصويره وتشكيله”

السلطان ناصر الدين محمود بن أرتق مخاطبًا الجزري.

المصادر

1001 Inventions: The Enduring Legacy of Muslim Civilization, Prof. Salim T.S. Al-Hassani, Foundation of Science Technology and Civilization, National Geographic, 2012.
Wikipedia
Robotshop
National Geographic
Historyfactory

ما هي الخوارزميات ؟

سلسلة تعلم الخوارزميات: ما هي الخوارزميات؟ تُعرف «الخوارزميات-Algorithms» بأنها مجموعة من الخطوات المحددة والمتسلسلة التي تنفذ من أجل حل مشكلةٍ ما أو من أجل تنفيذ مهمة محددة. في عصرنا الحالي يكاد لا يخلو أي علم من تطبيق مفاهيم الخوارزميات بأشكالها المختلفة ويشاع استخدام الخوارزميات في مجال علوم الحاسوب ولكن الخوارزميات ليست بمفهوم حديث النشأة بل ظهر مفهومها بشكل أو بآخر في الحضارات القديمة وسميت بهذا الاسم نسبة إلى العالم محمد بن موسى الخوارزمي الذي أوجد هذا المصطلح في القرن التاسع الميلادي.

ما هي الخوارزميات في علم الحاسوب؟

تعرف الخوارزميات في علم الحاسوب بأنها مجموعة من التعليمات البرمجية التي ينفذها الحاسب الالي لتحقيق مهمة معينة. تُنفذ هذه التعليمات على مجموعة من البيانات تعرف باسم المدخلات ونتيجة لذلك نحصل على حل للمشكلة المحددة ويعبر عنه بالمخرجات. تتباين الخوارزميات من حيث درجة الصعوبة وطريقة البحث عن الحل فقد تكون سهلة كمثال معرفة ما إذا كان الرقم زوجيًا أم فرديًا أو قد تكون بالغة الصعوبة مثل خوارزمية معرفة أقصر الطرق مسافة للوصول إلى مدينة معينة عبر المئات من الطرق المتاحة. بداية تكتب الخوارزمية بصيغة الكود الزائف «اpseudo code» وهي طريقة منطقية لكتابة الأوامر ولكن ليست شفرة برمجية حقيقية فعلى سبيل المثال يمكن كتابة خوارزمية تحديد ما إذا كان العدد زوجيًا أم فرديًا بصيغة كود زائف بالطريقة التالية:

• قم بإدخال عدد معين X
• اقسم العدد المدخل على الرقم 2
• إذا كان ناتج القسمة بدون باقٍ فإن العدد المُدخل زوجي
• عدا ذلك فإن العدد المدخل فردي

هناك طرق أخرى للتعبير عن الخوارزمية أشهرها ما يعرف بمخططات التدفق «flow charts» التي توضح تسلسل الخوارزمية من البداية حتى النهاية وهي عبارة عن تمثيل مرئي لتسلسل الخطوات والقرارات اللازمة لأداء المهمة المحددة. تجدر الإشارة إلى أن لكل شكل هندسي في مخطط التدفق مدلول معين وسيتم تناولها بالتفصيل في المقالات القادمة. يمكن تمثيل الخوارزمية السابقة على شكل مخطط تدفق كالتالي:

مخطط التدفق لمعرفة ما إذا كان العدد زوجيًا أم فرديًا

نتيجةً للتقدم المتسارع للعلم والتقنية في عصرنا وصعوبة المسائل التي تحتاج إلى حل، يلجأ العلماء والباحثين إلى تصميم خوارزميات تمتاز بالكفاءة والسرعة. فعلى سبيل المثال تنظيم ومراقبة السير في الطرق السريعة، وتحليل الجينيوم البشري، و شبكات التواصل الاجتماعي التي يتجاوز مستخدميها مئات الملائيين، تحتاج كل تلك المواضيع إلى خوارزميات فائقة السرعة لمعالجتها وتحليلها إذ أن الحواسيب العادية حتى وإن كانت قدرتها الحاسوبية فائقة فإنها لا تستطيع التعامل مع المسائل المعقدة بكفاءة. لذا عند تصميم خوارزمية ما ينبغي التركيز على كفاءتها في التعامل مع المدخلات الضخمة وسرعتها في الحصول على المخرجات المطلوبة.

أنواع الخوارزميات

نظرًا لتنوع المجالات العلمية ولخصوصية كل قسم فيها، فإن كل قسم على حدا لديه مشاكله الخاصة وبالتالي يحتاج لخوارزميات معينة لحل تلك المشاكل. بشكل عام هناك مجموعة من الخوارزميات تُعتبر الأساس وأما البقية فيتم اشتقاقهن بشكل أو بآخر من تلك الخوارزميات الأساسية وهي:

• الخوارزميات العودية البسيطة «Simple Recursive».
• خوارزميات البرمجة الديناميكية «Dynamic Programming».
• الخوارزميات التراجعية «Backtracking».
• خوارزميات فرّق تسد «Divide-and-conquer».
• خوارزميات الجشع «Greedy».
• خوارزمية هجوم القوة العمياء «Brute Force Attack».
• الخوارزمية العشوائية «Randomized algorithm».

بالإضافة إلى ذلك، هناك العديد من الخوارزميات المتعلقة بالذكاء الاصطناعي وعلم التشفير وخوارزميات التحسين وخوارزميات تنقيب البيانات. سيتم تغطية أهم الخوارزميات بالتفصيل في المقالات القادمة.

المصادر

MIT

BBC

includehelp

.Skiena, Steven S. The algorithm design manual: Text. Vol. 1. Springer Science & Business Media, 1998

.Cormen, Thomas H., et al. Introduction to algorithms. MIT press, 2009

تعدين عملة البيتكوين

في الآونة الأخيرة، ذاع صيت العملات الرقمية :«البيتكوين-Bitcoin» ،«إيثريوم-Ethereum»،«لايت كوين-Litecoin» وغيرهم. بل تخطت قيمة البيتكوين حاجز ال 9000 دولار في التداولات السوقية للعملة. إن الحديث عن العملات الرقمية مستفاض ولا يكفي مقال واحد لشرحها ولكننا سنخصص مقالنا هذا للحديث عن كيفية تعدين عملة البتكوين وبالتحديد عن كمية الكهرباء اللازمة لتعدين عملة البيتكوين. تُعرف عملة البيتكوين بأنها شكل رقمي من النقود، ولكن على عكس العملات الورقية التي اعتدت عليها، لا يوجد بنك مركزي يسيطر عليها. بدلاً من ذلك، يتم تشغيل النظام المالي في بيتكوين بواسطة آلاف أجهزة الكمبيوتر الموزعة في جميع أنحاء العالم. يمكن لأي شخص المشاركة في التعدين عن طريق تحميل برنامج مفتوح المصدر.

مصطلحات هامة

قبل الاسترسال في شرح كيفية تعدين عملة البيتكوين وأثر ذلك على استهلاك الكهرباء، سنستعرض بعض المصطلحات الهامة المتعلقة بعملة البتكوين:

• «سلسلة الكتل-blockchains» أو البلوكشين: يعرف البلوكشين بأنه عبارة عن سجل إلحاقي: بمعنى أنه يمكن فقط إضافة البيانات إليه والاحتفاظ بسجلات كل معاملة فيه. بمجرد إضافة المعلومات، يكون من الصعب للغاية تعديلها أو حذفها. يفرض البلوكشين هذا عن طريق تضمين مؤشر إلى الكتلة السابقة في كل كتلة لاحقة. ولتقريب المفهوم أكثر لنفرض أن شخصًا ما أرسل عملة بيتكوين، تدعى هذه العملية ب «المعاملة-transaction». في العملات التقليدية يتم توثيق المعاملات التي تتم داخل المتجر أو عبر الإنترنت بواسطة البنوك وأنظمة نقاط البيع والإيصالات الفعلية.  بالمثل يحقق معدنو عملة البيتكوين نفس التأثير بدون هذه المؤسسات من خلال تجميع المعاملات معًا في “كتل” وإضافتها إلى سجل عام يسمى “سلسلة الكتل”. ثم يحتفظ العقد بسجلات لتلك الكتل حتى يمكن التحقق منها في المستقبل.

• «التجزئة-Hash» أو الهاش: هي دالة تحول الأحرف والأرقام المدخلة إليها إلى شفرة محددة بطول ثابت. يتم إنشاء الهاش باستخدام خوارزميات معينة وهو ضروري لإدارة عملية البلوكشين.  يكون كل هاش فريد من نوعه، ويؤدي تغيير حرف واحد فقط في كتلة بيتكوين إلى تغيير تسلسل الهاش تمامًا.

كيفية تعدين عملة البيتكوين

لكي يحصل معدنو البيتكوين بالفعل على بيتكوين، يجب أن يحدث شيئان. أولاً، يجب عليهم تأكيد كل معاملة والتأكد من شرعية كل واحدة منها. قد تكون المعاملات نظريًا صغيرة مثل معاملة واحدة بقيمة 1 ميغا بايت، ولكن غالبًا ما تكون عدة آلالاف منها، اعتمادًا على كمية البيانات التي تخزنها كل معاملة. هذا هو الجزء السهل.

ثانيًا، من أجل إضافة كتلة من المعاملات إلى البلوكشين، يجب على المُعدنيين حل مسائل حسابية معقدة في الرياضيات، تسمى أيضًا “إثبات العمل”. ما يفعلونه في الواقع هو محاولة التوصل إلى عدد سداسي عشري مكون من 64 رقمًا أو خانة، يسمى “التجزئة” أو الهاش كما ذكرنا سابقًا، وهو أقل من أو يساوي الهاش المستهدف. اعتمادًا على قوة وحدة المعالجة المركزية في الحاسوب المستخدم للتعدين ، يمكن أن يولد الحاسوب المستخدم تجزئات بمعدل ميجا هاش في الثانية (مليون هاش أو تجزئة بمعنى آخر) ، أو جيجا هاش في الثانية ، أو حتى تيرا هاش في الثانية في الثانية ، وذلك من أجل  تخمين الشفرة المكونة من 64 رقم سداسي عشري (النظام السداسي عشري يستخدم بكثرة في علم الحاسوب خلافًا لنظام العد العشري الذي نستخدمه في الحياة اليومية فمثلا العدد 15 في النظام العشري يقابله حرف F  في النظام السداسي عشري) .الأمر أشبه بالمقامرة فمستوى الصعوبة لتخمين الشفرة عالي جدًا بحيث يستعصي على الحواسيب العادية حلها. يمكن تشبيه ذلك بأن تقوم بشراء تذكرة يانصيب 44500 مرة لكي تفوز بالجائزة.

هل لا زال فهم عمليات التخمين يُستعصى عليك؟

إن كانت الإجابة ب “نعم” فإليك تشبيهًا مفيدًا سيساعدك في تخيل صعوبة حل الشفرات أثناء عملية تعدين عملة البيتكوين: افترض أن لديك ثلاثة أصدقاء وأردت أن تجري مسابقة تخمين رقم معهم، وأخبرهم أنك تفكر في رقم يقع بين 1 و100، قم بكتابة هذا الرقم على قطعة من الورق وأغلقه في مظروف. لا يتعين على أصدقائك تخمين الرقم بصورة دقيقة، بل أخبرهم أن الفائز بالتخمين هو أول شخص يخمن أي رقم أقل أو يساوي الرقم الذي قمت بكتابته على الورقة ولا يوجد أي حد لعدد التخمينات التي يقومون بها. على سبيل المثال، دعنا نقول إنك اخترت الرقم 19 وقمت بكتابته على الورقة. إذا خمن صديقك الأول الرقم 21، فسيخسر لأن 21 أكبر من 19. وإذا خمن صديقك الثاني الرقم 16 واختار صديقك الثالث الرقم 12، فقد توصلوا نظريًا إلى إجابات قابلة للتطبيق، لأن كلا العددين المختارين أقل من 19. تخيل الآن أنك تطرح سؤالًا ” ما هو الرقم الذي أفكر فيه “، لكنك لا تسأل ثلاثة أصدقاء فقط، ولا تفكر في رقم يتراوح بين 1 و100. بل تسأل ملايين من الأشخاص الذين يعملون في تعدين العملات المحتملين والعدد الذي تفكر به مكتوب بالنظام السداسي عشري ومكون من 64 رقمًا. الآن ستعلم أنه سيكون من الصعب للغاية تخمين الإجابة الصحيحة.  لا يقتصر الأمر على المُعدنيين للتوصل إلى التجزئة الصحيحة، ولكن يجب عليهم أيضًا أن يكونوا أول من يفعل ذلك.

نظرًا لأن تعدين البيتكوين هو في الأساس عملية تخمين، فإن الوصول إلى الإجابة الصحيحة قبل شخص آخر هو أمر يتعلق بسرعة معالجة البيانات لجهاز الحاسوب الخاص بك. قبل عقد واحد فقط، كان يمكن إجراء تعدين البيتكوين بشكل تنافسي على أجهزة الكمبيوتر المكتبية العادية. مع مرور الوقت، أدرك المُعدنون أن كروت الرسومات المستخدمة بشكل شائع لألعاب الفيديو يمكن استخدامها لجعل عملية التعدين أكثر فعاليةً لذا بدأوا في استخدام هذه الكروت بكثرة. وفي عام 2013، بدأ مُعدنو البيتكوين في استخدام أجهزة حاسوبية مصممة خصيصًا لتعدين العملة المشفرة بأكبر قدر ممكن من الكفاءة ، تسمى بالدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASIC) وتتراوح أسعار هذه الأجهزة من عدة مئات من الدولارات إلى عشرات الآلاف ولكن كفاءتها في تعدين البيتكوين متفوقة. اليوم، تُعد عملية تعدين البيتكوين تنافسيةً للغاية بحيث لا يمكن القيام بها بشكل مربح إلا مع أحدث أجهزة ال ASICs. عند استخدام أجهزة حاسوب مكتبية أو وحدات معالجة الرسومات أو الإصدارات القديمة من ASICs، فإن تكلفة استهلاك الطاقة تتجاوز في الواقع الإيرادات المتولدة. حتى مع وجود أحدث وحدة معالجة بيانات، فنادرًا ما يكفي جهاز حاسوب واحد للتنافس مع ما يسميه عمال التعدين ب “برك التعدين” لذا يلجأ البعض للتعاون مع بعض وربط عدو أجهزة حاسوبية إما بشكل واقعي أو افتراضي وذلك لمضاعفة قوة وحدة معالجة البيانات.

أنظمة تبريد للحواسيب التي تعمل في مجال تعدين عملة البيتكوين

استهلاك الطاقة العالية

يقدر استهلاك الكهرباء في العالم أثناء تعدين البيتكوين حوالي سبعة جيجاوات من الكهرباء، أي ما يعادل 0.21 ٪ من الإمداد العالمي هذه هي الطاقة التي ستولدها سبع محطات للطاقة النووية في وقت واحد. ومن ناحية أخرى، يعادل استهلاك تعدين البيتكوين للطاقة تقريبًا نفس استهلاك سويسرا على مدار عام كامل. في شهر يونيو عام 2017، أنتج معدنوعملة البيتكوين حوالي 5 كوينتيليون شفرة تجزئة مكونة من 256 خانة ثنائية كل ثانية – 5 كوينتيليون تساوي 5 مع 18 أصفار بعدها-. لا يوجد كيان يتتبع مقدار القوة اللازمة للحفاظ على هذا المستوى من الحسوسبة. لكن تقديرات الباحثين المستقلين تشير إلى أنها تبلغ حوالي 500 ميغاواط -وهو ما يكفي لتزويد حوالي 325000 منزل بالطاقة.

ملحوظة: ذكرنا سابقًا أن شفرة الهاش مكونة من 64 رقمًا من النظام السادس عشري ثم ذكرنا لاحقًا أن المُعدّنيين أنتجوا في شهر يونيو عام 2017 شفرة بطول 256 خانة ثنائية، في الواقع يمكن التعبير عن أي رقم في النظام السادس عشري بشفرات ثنائية ذات 4 خانات في النظام الثنائي لذا عدد مكون من 64 خانة في النظام السادس عشري يماثل عدد مكون 256 خانة في النظام الثنائي، فمثلًا F في النظام السادس عشري هي 1111 في النظام الثنائي وهي أيضًا 15 في النظام العشري.

المصادر

investopedia

Spectrum IEEE

BBC

investopedia1

cointelegraph

تشتد المنافسة بين الساحرين«روبرت»و«بوردن» في الفيلم الرائع «The Prestige» ويحاولا إبهار الجمهور بخدعهما السحرية ويسعى كل منهما للتفرد بالشهرة فما يقدم أحدهما عرضًا حتى يأتي الآخر ليكتسحه بعرض أكثر دهشة وهكذا تستمر المنافسة حتى يقرر«روبرت» طلب مساعدة العالم تسلا بإعطائه جهاز ملف تسلا Tesla coil الذي سيستخدمه لاحقًا لخداع الجمهور بالانتقال آنيًا من مكان إلى آخر عبر الكهرباء المتولدة من ملف تسلا. حسنًا، في الحقيقة لا يعمل بنفس المنوال المذكور آنفًا إذ لا يستخدم لنقل البشر بل يستخدم في الواقع لنقل الكهرباء لاسلكيًا. عُرف العالم تسلا بابتكاره للعديد من الاختراعات المدهشة وكان يتوق لنقل الكهرباء لاسلكيا لأي مكان في العالم واقترب من تنفيذ هذه الفكرة عن طريق اختراعه المدهش ملف تسلا Tesla coil والذي يعتبر أول جهاز قادر على نقل الكهرباء لاسلكيًا والذي أحدث تغييرًا جذريًا في نظرة العالَم والعُلماء للكهرباء واستخداماتها معتمدًا على استغلال الطاقة الكهرومغناطيسية ومفهوم الرنين المغناطيسي.

ما هو ملف تسلا Tesla coil ؟

ملف تسلا هو جهاز يتكون من جزئين أساسيين ملف أولي وملف ثانوي، كلًا منهما مُتصل بالمكثِّف الخاص به، ويعمل المكَثِف عمل البطارية كمصدر لتخزين الطاقة الكهربية. يتصل الملفان ببعضهما البعض عن طريق مسافة فارغة يملأُها الهواء بين قطبين كهربيين لخلق الشرارة الكهربية والتي وتُعرف باسم «شرارة الفجوة-Spark gap». وبالرغم من أن ملف تسلا يحتاج إلى مصدر خارجي ذي جهد كهربي عالي، إلا أنه يتم توصيل مصدر خارجي للطاقة ذي جهد كهربي اعتيادي منخفض مُتصل بمحوِّل يقوم بتحويل الجهد الكهربي المُنخفض إلى جهد كهربي عالي يكفي لتغذية النظام بأكمله.

صورة مفصلة لمكونات جهاز ملف تسلا

كيف يعمل ملف تسلا Tesla coil ؟

في البداية لكي نوضح مبدأ عمل ملف تسلا، سنقوم بتبسيط مفهومي التيار والجهد لكهربائي. يُعرف التيار الكهربائي بأنه سيل من الشحنات الكهربائية، في حين أن الفرق في الجهد الكهربائي بين مكانين هو ما يدفع هذا التيار ويجعله يتحرك. بمعنى آخر يمكن تشبيه التيار بالماء، والجهد الكهربائي بتلة جبلية ومن هنا بالإمكان التمييز بين الجهد العالي والجهد المنخفض، فالجهد الكهربائي العالي يشبه تلة شديدة الانحدار يمكن أن يتدفق منها التيار بسرعة بينما الجهد المنخفض يشبه سهل شبه مسطح مع عدم وجود تدفق للمياه تقريبًا. تكمن قوة ملف تسلا في عملية تدعى بالحث الكهرومغناطيسي أي أن المجال المغناطيسي المتغير يولد جهد كهربائي يجبر التيار على السريان. على العكس من ذلك، يولد التيار الكهربائي المتدفق مجالًا مغناطيسيًا عندما يسري التيار عبر ملف من الأسلاك، إذ تولد مجالًا مغناطيسيًا يملأ المنطقة المحيطة بالملف في نمط معين، كما هو موضح في الصورة أدناه على شكل خطوط كهرومغناطيسية.

خطوط الفيض المغناطيسي حول الملف

وبالمثل، في حالة وجود مجال مغناطيسي متدفق عبر مركز سلك ملفوف، سيتولد جهد كهربائي في السلك، مما يتسبب في سريان التيار الكهربائي. يتناسب الجهد الكهربائي-أو التل-طرديًا مع عدد لفات السلك فعلى سبيل المثال سيولد المجال المغناطيسي المتغير داخل ملف من مكون من 50 لفة عشرة أضعاف جهد الملف ذي الخمس اللفات فقط. هذه بالضبط هي الطريقة التي يعمل بها المحول الكهربائي الذي تجده معلقًا على أعمدة خرسانية في منطقة سكنك حيث يوصل الملف الابتدائي للمحول مع مصدر للتيار المتناوب حينما يسري تيار كهربائي في لفات الطرف الابتدائي ينتج فيض مغناطيسي والمجال المغناطيسي المتردد ينشأ عنه مرور خطوط الفيض ذات قوة متغيرة بالقلب الحديدي للمحول، فتقطع هذه الخطوط ملفات الثانوي، ومن ثم ينشأ في ملفات الثانوي جهد كهربائي أي أن المجال المغناطيسي الناشئ من الملف الابتدائي يتسبب في توليد جهد في الملف الثانوي عن طريق ما يسمى بالحث الكهرومغناطيسي لذا يستعمل في رفع أو خفض الجهد الكهربائي إلى أي مستوى مرغوب وذلك بناء على عدد لفات الملف الابتدائي والثانوي. ينبغي الملاحظة هنا أن المجال المغناطيسي الناتج يمكن احتوائه عبر القلب الحديدي للمحول لكن ماذا عن ملف تسلا هل يمكن احتواء ذلك المجال الناتج؟

المحول الكهربائي

يتشابه ملف تسلا والمحول الكهربائي من حيث مبدأ العمل، ولكن في حالة ملف تسلا فإن الجهد الكهربائي يتغير بصورة هائلة جدًا. أولاً، يُستخدم محول أساسي عالي الجهد مصنوع مسبقًا من قلب حديدي لرفع الجهد من 120 فولت إلى ما يقرب من 10000 فولت. يتم لف السلك الذي يحتوي على 10000 فولت في ملف واحد كبير عدد لفاته قليلة-يمثل الملف الابتدائي-. يحتوي الملف الثانوي على آلاف اللفات من الأسلاك الرفيعة. يؤدي هذا إلى رفع الجهد الكهربائي إلى ما بين 100000 فولت ومليون فولت. لا يمكن احتواء هذا الجهد الهائل في القلب الحديد كما في حالة المحول الكهربائي العادي وبدلاً من ذلك، يُفصل بين الملفات بواسطة الهواء كما هو موضح في ملف تسلا أدناه:

الملف الابتدائي ذو الحجم الكبير وعدد اللفات القليلة أما الملف الثانوي فعدد لفاته كثيرة وسلكها رفيع

كما وضحنا سابقًا يتطلب ملف تسلا وجود مكثف حيث يعمل على تخزين الشحنات وإطلاقها في صورة شرارة واحدة ضخمة. تحتوي دائرة الملف على مكثف وفاصل صغير يسمى فجوة الشرارة. عندما يتم تشغيل الملف، تتدفق الكهرباء عبر الدائرة وتملأ المكثف بالشحنات، مثل البطارية. تولد هذه الشحنات جهدًا كهربائيًا في الدائرة، وتحاول عمل جسر اتصال عبر فجوة الشرارة يمكن أن يحدث هذا فقط عندما تتراكم كمية كبيرة جدًا من الشحن في المكثف. ومع استمرار تدفق كمية كبيرة من الطاقة يؤدي ذلك إلى انهيار المجال المغناطيسي سريعًا وتوليد تيار كهربي في الملف الثانوي. وتدافُع وتضاغُط الجهد الكهربي خلال الهواء الفاصل بين الملفين الأَوَّلي والثَانوي يُؤدي إلى خلق شرارات كهربية في منطقة فجوة الشرارة الفاصلة بين الملفين.  ويستمر تدفق الطاقة بين الملفين بسرعات هائلة مُؤديةً إلى انتقال تلك الطاقة إلى الملف الثانوي والمُكَثِّف الخاص به. مما يجعل مقدار الشُحنة الكهربية المُتجمعة في الملف الثانوي عالية جدًا، فتنطلق على هيئة انفجارات وتَشَعّبَات مذهلة للتيار الكهربي ذات جهد كهربي عالي وقادرة على إضاءة لمبات الفلورسنت على بُعد أقدام بدون استخدام أي أسلاكٍ توصيلية. وتندرج طريقة عمل ملف تسلا تحت مبدأ تحقيق ظاهرة «الرنين المغناطيسي-Resonance» إذ يتم إطلاق التيار الكهربائي من الملف الأولي للملف الثانوي في الوقت المناسب، مؤديًا إلى تَضَاعف الطاقة المُنتقلة إلى الملف الثانوي كما لو كُنت تدفع شخصًا ما على أُرجوحةٍ لتجعلها ترتفع إلى أقصى حدٍ ممكن.

تطبيقات وأمثلة عملية

لايزال ملف تسلا يستخدم بشكل أو بآخر في بعض الأجهزة والأنظمة فالراديو والتلفاز يستخدمان نوع مصغر من ملفات تسلا ويمكن استخدامه في توليد الأشعة السينية والأنوار الفسفورية وأيضًا في صناعة القداحات ذات القوس الكهربي بالإضافة إلى استخدامه في مجال الترفيه لإنشاء البرق الاصطناعي. في النهاية نتركك عزيزي القارئ مع هذه المقطوعة الموسيقية التي أولفت بمساعدة ملف تسلا.

المصادر

livescience

realclearscience

medium

power-and-beyond

ما هو الإظلام التام Blackout ؟

يُعد الإظلام التام Blackout من أكبر الأخطار التي تهدد الشبكة الكهربية، وتمثل حالة فشل الشبكة الكهربائية في الحفاظ على ثبات الجهد والتردد مما يؤدي إلى خروج كل وحدات التوليد من الخدمة ومن ثم انقطاع الكهرباء عن كل الأحمال أي على الدولة بأكملها. تتكون الشبكة الكهربائية من محطات توليد متصلة ببعضها البعض لتغذي الأحمال الكهربائية، وللمفارقة لا يوجد عنصر واحد من عناصر الشبكة الكهربية يمكنه أن يخزن الطاقة بمعنى أن الطاقة المولدة تُستنفذ دائما لحظيًا بشكل دائم، وبما أن سرعة انتقال التيار الكهربائي من المصدر للحمل تقارب سرعة الضوء. فلابد من استمرار التوازن بين الطلب والتوليد، فهناك طلب على الطاقة من ملايين المستهلكين ومن الالاف المصانع وفي نفس الوقت يجب على محطات التوليد توفير هذا الطلب لحظيًا وهذا ما يكسب نظم القدرة الكهربائية التعقيد الشديد، وبمجرد أن يختل هذا التوازن تسقط المنظومة كلها ويحدث الإظلام التام Blackout.

كيف يحدث الإظلام التام Blackout ؟

يجب التنبيه أولًا أن حوادث الإظلام التام ليست مجرد فصل جزء من الشبكة لغرض الصيانة أو لغرض جدولة الأحمال بل هي خروج كامل الشبكة الكهربائية عن العمل ولتبسيط ذلك دعنا نأخذ هذا السيناريو على سبيل المثال: ولنفترض مثلًا أنه في وقت من أوقات الذرّوة، حيث يعمل نظام القدرة الكهربائية تعمل على أقصى قدرة توليد ممكنة كما في فصل الصيف في المناطق العربية، ثم لسبب ما حدث عطل في محطة من محطات التوليد فتوقفت وخرجت من الخدمة فجاءةً. فعندما تخرج هذه المحطة يجب على المحطات الأخرى أن تعمل وبسرعة على توفير الطاقة اللازمة لتعويض النقص الناتج عن خروج تلك المحطة، ولكننا في وقت الذروة كما ذكرنا وكل الوحدات تعمل بأقصى قدرة ولا تستطيع أن تتحمل أي زيادة في الأحمال، وعندما يبدأ حدوث زيادة في تحميل المولدات تضطر نظم حماية هذه الوحدات إلى إخراجها من الشبكة حتى لا يحترق المولد فيزداد الوضع سوءًا، وقد تتوالى عمليات الخروج حتى نصل إلى حالة الإظلام التام.

أسباب حوادث الإظلام التام Blackout

في الحقيقة تختلف مسببات حدوث الإظلام التام باختلاف الموقع الجغرافي للدولة فمن أسباب حدوثه في المناطق الباردة هي العواصف الثلجية بينما موجات الحر في المناطق الحارة تُعد من المسببات التي تؤدي إلى فشل منظومة القدرة الكهربائية ومن العوامل الطبيعية المسببة للإظلام التام الزلازل والفيضانات وحرائق الغابات والصواعق.  إضافة إلى العوامل الطبيعية السابق ذكرها، يتسبب البشر في حوادث الإظلام التام عن طريق الهجمات الإرهابية والحروب وأشهر حوادث الإظلام التام ترتبط دائًما بفترات الصيانة أو عمل مناورات خاطئة ، ومفهوم المناورة أن يتم فصل خط معين وتتوزع أحماله على خطوط أخرى بناءً على دراسة مُسبقة تؤكد تحمل هذه الخطوط للحمل الزائد المتوقع عليها ، وتؤكد أيضًا تحمل وحدات التوليد في بعض المحطات للتوزيع الجديد للحمل ، ولكن أحيانًا ونتيجة أخطاء كارثية في حساب تدفق القدرة يتم السماح بعمل المناورات ثم نتفاجأ بأن الخطوط أو وحدات التوليد لا تتحمل الحمل الجديد وتبدأ في الخروج بصورة متتابعة. السؤال الأهم الآن كيف يتم استرجاع الكهرباء بعد حوادث الإظلام التام؟

كيفية استعادة الشبكة بعد حدوث الإظلام التام Blackout

يجب أن تعرف أولًا أنك لكى تولد كهرباء فإنك تحتاج لكهرباء، بمعنى أنه بعد حدوث الإظلام التام فليس من السهولة أن تبدأ مرة أخرى في تشغيل محطات التوليد، لأن أي محطة لكى تبدأ في إنتاج الكهرباء فإنها تحتاج لقدرة كهربية قد تصل لعدة ميجاوات لمجرد بدء تشغيل مساعدات المحطة كالإنارة وأنظمة التبريد والمحركات والضواغط وأنظمة التحكم وبما أننا في حالة انقطاع تام للكهرباء فليس أمامك سوى طريقين لاستعادة الشبكة:

1. إما بتشغيل المحطات التي بها وحدات توليد ديزل خاصة بفترة الإظلام التام إذ تبدأ هذه الوحدات بالتوليد ذاتيًا، فتساعد في بدء تشغيل المحطة، ومن ثم يظهر إنتاج هذه
   المحطة على الشبكة، فتستخدمه المحطات الأخرى في تغذية  «أحمال المساعدات-Auxiliaries loads» بها.
2. أو يمكن في هذه المرحلة الاستفادة من الربط الدولي لتمرير كمية من الطاقة إلى الشبكة من إحدى الدول المجاورة تكفي لبدء تشغيل مساعدات محطات التوليد لكي تستطيع المحطات أن تبدأ بالتوليد.

أشهر حوادث الإظلام التام

• في الرابع عشر من شهر أغسطس عام  2003 في الولايات المتحدة الأمريكية خرج من الخدمة ما يقارب 63 جيجا وات من الأحمال وتأثر 50 مليون نسمة من انقطاع التيار الكهربائي حيث فصلت 531 وحدة توليد و 400 خط نقل كهربائي والسبب في ذلك هو عدم استقرار الجهد في الشبكة الكهربائية نتيجة لنقص القدرة.

• حادثة الإظلام التام في البرازيل وباراغواي: في العاشر من شهر نوفمبر عام 2009 توقف سد «إيتابيو-Itapiu» الكهرومائي على الحدود بين باراغواي والبرازيل فجأةً عن إنتاج 17000 ميجاوات من الطاقة، انتشرت الانقطاعات بسرعة عبر البلدين. بشكل مريب، جاء انقطاع التيار الكهربائي بعد يومين من نشر تقرير يشير أن انقطاع التيار الكهربائي البرازيلي السابق كان بسبب مجموعة من المخترقين أو الهاكرز. وذكرت مجلة «CBS» الإخبارية في وقت لاحق أن حادثة 2009 كانت أيضًا من عمل المخترقين، لكن وثيقة ويكيليكس دحضت هذا الادعاء في النهاية إذ تبين أن الأمطار الغزيرة والعواصف القوية هي السبب وراء حدوث دائرة قصر في الثلاثة المحولات الرئيسية وخطوط الجهد العالي وبالتالي خروج السد عن الخدمة بشكل كلي.

المصادر

IEEE

mentalfloss

electrical engineering portal

howstuffworks

كتاب هندسة القوى الكهربائية- أ.د.محمود الجيلاني

من المحتمل أن تكون قد شاهدت أحد المشاهد التالية عند متابعتك لمسلسل أو فلم خيال علمي: إنارة الإضاءة بمجرّد مرور شخص عبر ردهات المنزل، تشغيل التلفاز والأجهزة الإلكترونية عبر الأوامر الصوتية، استخدام سِوار ذكي حول المِعصم ليقيس معدلات نشاط الجسد، وإخبارك عندما تحتاج شرب الماء أو الراحة، أو حتى حرق مزيد من الدهون، وأيضًا السيارات ذاتية القيادة التي توصل الشخص وجهته عبر الطرق الأقل ازدحامًا بينما يستمتع الراكب بقراءة جريدته اليومية أو يتصفح هاتفه الذكي.  كل تلك المشاهد ما هي إلا تطبيق عملي لما يُسمى بإنترنت الأشياء. في هذا المقال سنتعرف على مكونات نظام إنترنت الأشياء IOT وأهم تطبيقاته.

ما هو إنترنت الأشياء IOT ؟

ببساطة بالنظر إلى المصطلح إنترنت الأشياء سنجد أنه يتكون من ركيزتين رئيسيتين: “انترنت” و “أشياء” لذا يمكن تعريفه بأنه أسلوب تقني يهدف إلى ربط الأجهزة بالإنترنت لتتراسل البيانات المستمدة من البيئة المحيطة بها عن طريق أجهزة استشعار وتناقل هذه البيانات عبر وسائل اتصال. وتُدعى غالبًا بالأجهزة المتصلة أو الذكية لأنها تستطيع التواصل مع الأجهزة الأخرى المرتبطة بها بعمليةٍ تعرف باتصال آلةٍ بآلةٍ «machine-to-machine» ، والتفاعل مع المعلومات التي تُجلب من الجهاز الآخر. ويستطيع البشر التفاعل معها لتهيئتها وبرمجتها وإعطائها تعليمات، ولكنها تقوم بمعظم علمها دون أي تدخلٍ بشري يُذكر . أصبح وجود مثل هذه الأجهزة ممكنًا بفضل جميع عناصر الهاتف الذكي الصغيرة المتوفرة بكثرةٍ هذه الأيام بالإضافة إلى كون الاتصال الدائم بالإنترنت هو الحالةُ الافتراضية لشبكاتنا المنزلية أو شبكات العمل.

تاريخ إنترنت الأشياء IOT ؟

في عام 1999 قدم خبير التكنولوجيا في معهد ماساتوش «كيفين اشتون-Kevin Ashton» مقترح إنترنت الأشياء في محاضرة توضيحية في مكان عمله في شركة «بروكتر اند جمبل-Proctor & Gamble» حيث خطرت له فكرت استعمال رقاقات راديو لاسلكية«RFID» في نظام التوريد عبر الإنترنت لمنتجات أحمر الشفاه وذلك عن طريق توصليها مع مستقبل لاسلكي ليتمكّن من رصد المبيعات وقائمة الجرد وإعطاء إشارةٍ عند الحاجة إلى مخزونٍ إضافيٍّ، حيث افترض بأن مثل هذه البيانات المجمعة ستساعد على حلّ العديد من المشاكل في العالم الحقيقي. في عام 2010 بدأ مفهوم إنترنت الأشياء يكتسب بعض الشعبية.  إذ تسربت معلومات تشير إلى أن خدمة من جوجل «StreetView» لم تقدم صورًا بزاوية 360 درجة فحسب، بل قامت أيضًا بتخزين الكثير من البيانات من شبكات الوايفاي الخاصة بالأشخاص. واعتبرت هذه الخدمة بداية لاستراتيجية جديدة منليس فقط لفهرسة الإنترنت ولكن أيضًا لفهرسة العالم المادي. وفي العام ذاته، أعلنت الحكومة الصينية أنها ستجعل إنترنت الأشياء من أولوياتها الاستراتيجية في خطتها الخمسية. «LPWAN» 

معمارية نظام إنترنت الأشياء IOT

يتكون نظام إنترنت الأشياء من أربعة مكونات أساسية: 1- أجهزة الاستشعار 2- أجهزة الاتصال 3-أنظمة معالجة البيانات 4-واجهة المستخدم. وفيما يلي سنشرح بإيجاز كل مكون وما يفعله.

• أجهزة الاستشعار / الأجهزة: في البداية، تقوم أجهزة الاستشعار أو الأجهزة بجمع البيانات من بيئتها. يمكن أن تكون هذه بسيطًة مثل قراءة درجة الحرارة أو معقدة مثل أنظمة بث الفيديو. يمكن تجميع مستشعرات متعددة معًا أو يمكن أن تكون المستشعرات جزءًا من جهاز يقوم بأكثر من مجرد استشعار الأشياء. على سبيل المثا ، يحتوي هاتفك على مستشعرات متعددة (كاميرا ، مقياس تسارع ، نظام تحديد المواقع ، إلخ) ، ولكن هاتفك ليس مجرد مستشعر. ومع ذلك ، سواء كان جهاز استشعار مستقل أو جهاز كامل ، في هذه الخطوة الأولى يتم جمع البيانات من البيئة عن طريق شيء ما.

• أجهزة الاتصال: بعد ذلك ، تُرسل هذه البيانات إلى السحابة  الإلكترونية وهي نظام تخزين للبيانات في الإنترنت ، لكنها تحتاج إلى طريقة للوصول إلى هناك! يمكن توصيل المستشعرات / الأجهزة بالسحابة من خلال مجموعة متنوعة من الأساليب بما في ذلك: الهاتف الخلوي والقمر الصناعي و الوايفاي والبلوتوث والشبكات منخفضة الطاقة واسعة النطاق «LPWAN»أو الاتصال مباشرة بالإنترنت عبر إيثرنت. يحتوي كل خيار على ميزات محددة من حيث استهلاك الطاقة والنطاق وعرض النطاق الترددي. يرجع اختيار خيار الاتصال الأفضل إلى تطبيق إنترنت الأشياء المحدد ، لكنهم جميعا ينجزون نفس المهمة: توصيل البيانات إلى السحابة.

• أنظمة معالجة البيانات: بمجرد وصول البيانات إلى السحابة ، ينفذ البرنامج نوعًا من المعالجة عليه. قد يكون هذا بسيطًا جدًا، مثل التحقق من أن قراءة درجة الحرارة ضمن النطاق المقبول. أو قد يكون معقدًا للغاية ، مثل استخدام تقنية الرؤية الحاسوبية على الفيديو لتحديد الأشياء (مثل المتسللين في منزلك). ولكن ماذا يحدث عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة جدًا أو إذا كان هناك دخيل في منزلك؟ هنا يأتي دور المستخدم.
• واجهة المستخدم: بعد ذلك، تصبح المعلومات مفيدة للمستخدم النهائي بطريقة ما. يمكن أن يكون ذلك عن طريق تنبيه للمستخدم إما عن طريق البريد الإلكتروني ، أو رسائل نصية أو رسائل تنبيه . على سبيل المثال ، إرسال تنبيه نصي عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة جدًا قي مستودات التخزين  للشركات. أيضًا، قد يكون لدى المستخدم واجهة تسمح له بتسجيل الوصول بشكل استباقي إلى النظام. على سبيل المثال، قد يرغب المستخدم في التحقق من تسجيلات الفيديو في منزله عبر تطبيق الهاتف أو متصفح الويب. ومع ذلك، فهو ليس دائمًا شارعًا باتجاه واحد. اعتمادًا على تطبيق إنترنت الأشياء، قد يتمكن المستخدم أيضًا من تنفيذ ما يريده. على سبيل المثال، قد يضبط المستخدم عن بُعد درجة الحرارة في مستودعات التخزين عبر تطبيق على هاتفه. ويتم تنفيذ بعض الإجراءات تلقائيًا. بدلاً من انتظار ضبط درجة الحرارة، يمكن للنظام القيام بذلك تلقائيًا من خلال قواعد محددة مسبقًا. وبدلاً من الاتصال بك فقط لتنبيهك من أحد المتسللين ، يمكن لنظام إنترنت الأشياء أيضًا إخطار السلطات المختصة تلقائيًا.

مخطط توضيحي لمكونات نظام إنترنت الأشياء IOT

تطبيقات إنترنت الأشياء في الزراعة

ومن أبرز تطبيقات إنترنت الأشياء في الزراعة الذكيّة ما يسمى بالزراعة الدقيقة، أي النهج المستخدم في إدارة المزارع والتحكم في المحاصيل من خلال تكنولوجيا المعلومات والاتصالات وأجهزة الاستشعار وأنظمة التحكم عن بعد، والآلات ذاتية التشغيل، بهدف الحصول على بيانات دقيقة، واستثمار هذه البيانات في توجيه الزراعة توجيهًا دقيقًا نحو إنتاج أكبر بتكلفة أقل، وإنتاج محاصيل ذات جودة عالية. على سبيل المثال تتيح أجهزة الاستشعار عن بعد الموضوعة في الحقول للمزارعين الحصول على خرائط تفصيلية لكل من التضاريس والموارد في المنطقة، فضلًا عن قياس المتغيرات مثل الحموضة ودرجة حرارة التربة، والرطوبة، كما يمكنها أيضًا التنبؤ بأنماط الطقس لأيام وأسابيع قادمة. تساعد الزراعة الدقيقة المعتمدة على إنترنت الأشياء على اتخاذ القرارات الأفضل لتحسين الإنتاج الزراعي، إضافة لذلك تلعب البيانات التي يتم جمعها وتحليلها، دورًا كبيرًا في رصد الآفات الزراعية، وتحديد كمية المبيدات المطلوبة بدقة تجنبًا للاستخدام المفرط في استعمالها، وكذلك تساعد عمليات جمع وتحليل البيانات في الاستخدام الرشيد لمياه الري.

تطبيقات إنترنت الأشياء IOT في الزراعة

آفاق مستقبلية

في السنوات القادمة سنشهد تغير جذري في طريقة حياتنا ومزاولتنا للأعمال والفضل بضلك يعود لتقنية إنترنت الأشياء التي ستجعل كل شيء ممكنًا إن صح القول وخصوصًا مع زيادة سرعات الإنترنت والنطاق الترددي التي توفره تقنية الجيل الخامس للاتصالات 5G. ومع ذلك تضل معضلة الأمان وحماية الخصوصية  أحد أكبر المشكلات التي تواجه إنترنت الأشياء. إذ تعاني الكثير من الأجهزة من خلل في البرمجيات مما يجعلها عرضة للإختراق وتتبع موقعها والتنصت على المستخدمين وابتزازهم.

المصادر

Medium

networkworld

iot-analytics

howstuffworks

iotforall

Iotforall 1

خرافات شحن بطارية الهاتف والابتوب

يُعد موضوع عمر البطارية من أكثر الأمور التي تثير اهتمام مستخدمي الهواتف الذكية وأجهزة الابتوب وخاصة مع الاستعمال اليومي لهذه الأجهزة. كثر الحديث وتزايد الجدل حول مواضيع شحن بطارية الهاتف والابتوب فمنهم من يقول لا تستخدم هاتفك أثناء الشحن ويسدي بايعو بطاريات الهواتف والابتوب نصائح لمشتريها بوجوب شحن البطارية الجديدة لمدة لا تقل عن ست ساعاتٍ وآخرون يعتقدون بضرورة شحن البطارية حتى تصل إلى شحنها الكامل وهكذا. الكثير من المواضيع التي أثيرت حول شحن بطارية الهاتف والابتوب ليس لها أي دليل علمي يؤيدها وفي هذا المقال سنستعرض معكم أهم الحقائق المتعلقة بشحن البطارية وكيف يمكنك إطالة عمرها وتجنب العادات السيئة المرتبطة بعملية الشحن.

بطاريات الليثيوم أيون

تُعرف بطاريات الهواتف الذكية والابتوب ببطاريات الليثيوم-أيون ويمتاز هذا النوع من البطاريات بقابلية إعادة الشحن والتفريغ لدورات عديدة وتمتاز بإمكانية تصنيعها بأحجام مختلفة فقد تصنع بحجم صغير جدا لاستخدامها في الدارات الالكترونية أو بحجم كبير يكفي لتشغيل سيارة تسلا الكهربائية أو الطائرات الكهربائية حديثة الصنع أو حتى استخدامها في تخزين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. الجدير بالذكر أن بطاريات الليثيوم أيون لا تعتمد في عملها على تفاعل كيميائي يقوم بتدمير الأقطاب، ولكن تعتمد على انسياب أيونات الليثيوم ذهاباً وأياباً بين قطبي الكاثود والأنود. مرت بطارية الليثيوم أيون بمراحل تطوير عديدة حتى وصلت إلى الشكل الذي نعرفه حاليًا ونتيجة للجهود المبذولة في تطوريها فقد قررت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم أن تمنح جائزة نوبل في الكيمياءعام 2019 للعلماء المساهمين في تطويرها.

التركيب الداخلي لبطارية الليثيوم أيون

كيف تقرأ مواصفات البطارية والشاحن بشكل احترافي؟

إذا ألقيت نظرةً على أي بطارية هاتف أو لابتوب ستجد مطبوع عليها مواصفات مكتوبة من قبل شركة التصنيع، ومن أهم هذه المواصفات:

1. سعة البطارية: وتكتب على شكل رقم متبوع ب «mAH» أو«AH» فمثلًا لو أخذنا على سبيل لمثال البطارية الموضحة بالصورة أدناه ستلاحظ هذا الرقم «mAH» فماذا يعني هذا الرقم؟ يشير هذا الرقم الى سعة البطارية ويعني أن البطارية يمكن ان تعطي تيار مقداره «2000mA» لمدة ساعة واحدة فقط ومن ثم تُفرغ البطارية من الشحن. هل يمكن سحب تيار اكثر من «2000mA» ؟ نعم يمكن سحب تيار من البطارية مقداره «4000mA» ولكن لمدة نصف ساعة فقط او تيار مقداره «8000mA» لمدة ربع ساعة فقط هذا ما يفسر نفاد بطارية الموبايل بسرعة عند فتح حزم البيانات أو الوايفاي أو عند تشغيل الفيديوهات أو تشغيل الألعاب حيث يُسحب تيار أعلى وتفرغ البطارية بسرعة.
2. الجهد الأسمي وهي كمية الجهد بين قطبي البطارية. فلو أخذنا على سبيل المثال البطارية التي في الصورة أدناه جهدها الأسمي هو «3.7 فولت» ومعناها أنه في حالة تشغيل البطارية  فإن الجهد المقاس بين قطبيها مقداره «3.7 فولت» ويختلف جهد البطارية باختلاف حجمها ونوعها أيضًا.

بطارية هاتف بسعة تخزين 2000 مللي أمبير ساعة وجهد أسمي 3.7 فولت

ماذا عن مواصفات الشاحن؟

يعمل الشاحن على تحويل الجهد المتردد المأخوذ من مقابس الكهرباء إلى جهد مستمر ثابت بقيمة بمعينة لغرض شحن البطارية إذ لا يمكن شحن البطارية مباشرة من التيار المتردد لأنه يغير من قطبيه خمسين أو ستين مرة  في الثانية الواحدة وذلك على حسب تردد الشبكة الكهربائية 60 هرتز أو 50 هرتز. من أهم المواصفات التي يجب التركيز عليها عند شراء شاحن هاتف ذكي أو شاحن بطارية هما كمية الجهد والتيار  للشاحن. فمثلًا إذا كان لدينا شاحن هاتف ذكي مطبوع عليه هذه المواصفات :«current=2A» «voltage =5 volts» هذا يعني أن خرج الجهد للشاحن هو 5 فولت والتيار الإسمي لشاحن هو 2 أمبير وبالتالي فأن القدة الكهربائية لهذا الشاحن هي 10 وات وهي عبارة عن حاصل ضرب التيار في الجهد . ولو قمنا بمقارنة ذلك الشاحن مع شاحن آخر مواصفاته: (voltage =5 volts ) (current=1 A) فسنجد أن الشاحن السابق يمتاز بسرعة شحن أكبر بمقدار الضعف مقارنة بالشاحن الأخير الذي قدرته الكهربائية (5 وات).

هل يجب شحن بطارية الهاتف والابتوب الجديدة لفترة طويلة قبل استخدامها؟

عند شرائك لبطارية لهاتفك الذكي أو لجهاز الابتوب، ينصحك البائع بضرورة شحنها لمدة لا تقل عن ستٍ أو ثمان ساعات ولكن هل ذلك صحيح؟ حسنًا تلك المقولة السابقة ما هي إلا نصيحة صادقة قد فات آوانها فقديمًا كانت الشركات ترفق تحذيرًا على منتجاتها الالكترونية التي تستخدم بطاريات من نوع «نيكل كاديميوم-Nickel Cadmium» إذ كان التحذير يشدد على ضرورة شحن البطارية لفترة طويلة قبل استخدامها والسبب في ذلك هو أن بطارية النيكل-كاديميوم تتمتع فيما يعرف باسم «تأثير الذاكرة-memory effect» إذ تتحدد سعة البطارية وقدراتها، اعتمادًا على طريقة الشحن، وطول أو قصر المدة في البداية، ما يكشف عن سر تلك النصيحة الصادقة آنذاك، والتي أصبحت بلا فائدة الآن  لأن أغلب بطاريات الهواتف والابتوبات هي من نوع ليثيوم أيون والتي لا تخضع لتأثير الذاكرة ويمكن أن تستعمل البطارية مباشرة بعد الشراء فعادة ما تكون مشحونة بنسبة 50% أو أكثر.

تأثير الذاكرة في بطاريات النيكل كاديميوم

هل عمر البطارية يتحدد بعدد مرات شحن وفصل البطارية من الشاحن؟

يُقاس عمر البطارية الهاتف بعاملين هما عمق الشحن و«دورات الشحن-charge cycles». فمثًلا  يبلغ عمر بطاريات هاتف «iPhone» ما بين 400 و 500 دورة ، بينما يقدر موقع «BatteryUniversity» -المتخصص بعلم البطاريات- أن  متوسط ​​عمر بطارية ليثيوم أيون يتراوح  300 و 500 دورة. ومن هنا يحصل التباس في الفهم إذ يفترض الكثيرون بشكل خاطئ أنه في كل مرة تقوم بشحن هاتفك يتم احتسابها كدورة شحن واحدة. ومنطقهم يسير على هذا النحو:  عندما تقوم بشحن هاتفك مرة واحدة كل يوم، وبالتالي فإن دورات الشحن 400-500 تساوي أقل من عامين ، أليس كذلك؟في الواقع ،  تعرف “دورة الشحن” الواحدة بأنها عملية الشحن والتفريغ الكامل للبطارية. على الرغم من إمكانية توصيل هاتفك للشحن كل يوم، إلا أن هذا لا يساوي عدد الدورات الواحدة. إذا شحنت هاتفك بنسبة 100 بالمائة في الصباح و 50 بالمائة في نهاية اليوم ، فقد استخدمت 50 بالمائة. إذا قمت بشحنه مرة أخرى إلى 100 بالمائة واستخدمت 50 بالمائة أخرى في اليوم التالي، فإنك لم تستخدم سوى دورة واحدة على مدار يومين.

هل من الجيد ترك البطارية تُفرغ تمامًا قبل شحنها مرة أخرى؟

بشكل عام عندما تكون البطارية مشحونة تمامًا أو فارغة تمامًا فإن ذلك يضعها تحت إجهادٍ وضغط كبيرين. وتكون البطارية في أتم راحتها إن صح القول عندما تكون نسبة الشحن فيها 50% لأن هذا يعني أن نصف أيونات الليثيوم المتحركة تكون في طبقة أكسيد كوبالت الليثيوم والنصف الآخر يتواجد في طبقة الجرافيت. ونتيجة لهذا التوازن تعاني البطارية أقل قدر من الضغط على البطارية في هذه الفترة ، وتزيد من عدد دورات الشحن التي يمكن أن تتحملها البطارية. وبحسب نصائح الخبراء إذا أردت أن تحافظ على عمر بطاريتك لأطول فترة ممكنة، فاحرص على الاحتفاظ بشحنها بين 20% و80%. ولتجنب مشكلة نضوب البطارية، تم اعتماد نظام إدارة بطارية في الهواتف الحديثة يحتوي على ميزات سلامة تعمل على إيقاف تشغيل الهاتف عندما يصل إلى مستوى طاقة معين. كما يمكنك تفعيل وضع التنبيه بنضوب البطارية عند وصولها لنسبة 20%.

تجنب الحرارة العالية

ليس من باب المبالغة، ولكن الحرارة هي بالفعل العدو الأول لعمر البطارية إذ أن تعريض البطارية لحرارة عالية يُعد سببًا رئيسًا لتقليص عمر البطارية. وبشكل عام، تحقق جميع البطاريات عمر خدمة مثالي إذا تم استخدامها عند درجة حرارة 20 درجة مئوية أو أقل قليلاً. فعلى سبيل المثال، إذا كانت البطارية تعمل عند 30 درجة مئوية بدلاً من درجة حرارة الغرفة الأكثر اعتدالًا (20 درجة مئوية)، فإن عمر دورة البطارية سيقل بنسبة 20 في المائة. وعند تشغيلها في درجة حرارة 40 مئوية، سيقل عمر دورة البطارية إلى 40 في المائة ، وإذا تم شحنها وتفريغها عند 45 درجة مئوية ، فإن عمر الدورة هو نصف ما يمكن توقعه إذا تم استخدامه عند 20 درجة مئوية.

ماذا عن استخدام الابتوب او الهاتف أثناء الشحن؟

حسنًا، هذا الموضوع شائك ومحل جدل بين الخبراء، ولكن المرجح أنه ليس هناك أضرار على البطارية في حالة استخدامها أثناء الشحن فعند استخدامك لجهاز الابتوب وهو موصل على الشاحن فإن التيار المسحوب بواسطة جهاز الابتوب سيكون من الشاحن مباشرة وليس من البطارية بينما تذهب القدرة الزائدة فقط إلى البطارية. ولكن يجب الانتباه إلى ضرورة استعمال شاحن أصلي وذي جودة عالية إذ أنه في حالة شحن بطارية الهاتف مثلًا بشاحن ذي جودة رديئة واستخدامه أثناء الشحن قد يؤدي ذلك إلى رفع درجة حرارة البطارية وفي بعض الأحيان قد تنفجر.

نصائح أخيرة

يمكنك إطالة عمر بطاريتك عزيزي القارئ باتباع الطرق التالية:

• التقليل من إضاءة الشاشة وسطوعها
• وضع الهاتف في وضعية الطيران في حالة عدم استخدام الانترنت اةو الاتصال
• إيقاف أي برنامج أو تطبيق يعمل بالخلفية وأنت لاتحتاجه وخاصة البلوتوث وتطبيقات تحديد الموقع
• تفعيل وضع توفير الطاقة
• تجنب تعريض بطاريتك لحرارة مرتفعة جدًا أو منخفضة جدًا
• لا تقم بتفريغ البطارية حتى تصل إلى 0%

المصادر

sciencealert

brainbridge

Says

batteryuniversity

economictimes

gearbest

theconversation

wired

كيف قام الأخوان رايت بأول عملية طيران ناجحة في التاريخ؟

عندما تم سجن «ديدالوس-Daedalus» مع ابنه «Icarus-إيكاروس» في القلعة لإخفاء سر المتاهة الخاصة به، قام ديدالوس بصنع أجنحة من الريش والشمع ليتمكنا من الهرب، وقبيل الانطلاق، حذر الأب ابنه ألا يحلق عاليًا بها كي لاتذيب الشمس أجنحته فيسقط، ولكن بعدما انطلق رأى الحرية ونسي نصيحة والده وحلق عاليًا، فذابت أجنحته ووقع في البحر.

بالتفكير مليًا في هذه الأسطورة اليونانية، نجد أن اليونان جعلوا ديدالوس وابنه يهربان عن طريق بناء أجنحة، نعم، لقد كان الطيران أعجوبة عند القدماء وقوة خارقة بالنسبة لهم استخدموها في الأساطير، ذلك أن أعظم العقول في تلك الفترة أقرت بأن الأمر مستحيل فيزيائيا، إلى أن قام «الأخوان رايت-Wright brothers» ببناء أول نموذج ناجح لطائرة وتمكنا من إقلاعها باستخدام قوى آيروديناميكية.

ولكن، ماهي القوى الآيروديناميكية؟

تنحدر هذه الكلمة من أصل يوناني وتتألف من شقين، الأول «هو ἀήρ-ايرو» بمعنى هواء والثاني هو «δυναμική-دايناميك» بمعنى قوة وتهتم بشكل عام بدراسة حركة الهواء واحتكاكه مع المواد الصلبة، ويعد هذا العلم أحد فروع ميكانيك الموائع.

ولكن كيف تمكن الأخوان رايت من القيام بذلك؟ كيف استطاعا تسخير تلك القوة لصالحهما؟

اعتمد الأخوان رايت على فكرة أساسية وهي قانون نيوتن الأول، بحسب نيوتن، يظل الجسم الساكن ساكنا، والجسم المتحرك متحركا ما لم تؤثر عليه قوة خارجية، أي أنه لكي تحلق الطائرة في الهواء، يجب ان تتغلب هذه القوة الآيروديناميكية على وزن الطائرة الذي يقوم بسحبها للأسفل باتجاه مركز الأرض.

بشكل عام، تؤثر على الطائرة أثناء الحركة أربع قوى أساسية:

قوة الدفع الأمامي – Thrust:

تمثل قوة الدفع الخاصة بالمحركات، تكون جهة هذه القوة باتجاه حركة الجسم “غالبًا” وتوجد بشكل أساسي للتغلب على قوة الدفع الخلفي أو المقاومة.

قوة السحب الخلفي- Drag:

تنشأ هذه القوة بسبب مجموعة عوامل منها سرعة الطائرة، كثافة الهواء، شكل الجسم والزاوية التي يصنعها مع اتجاه الحركة، يتم التغلب على هذه القوة باستخدام قوة الدفع الأمامي.

وزن الطائرة – Weight:

يتناسب طردا مع كتلة الجسم، أي أنه كلما ازدادت الكتلة الخاصة بالجسم، ازدادت قوة الرفع المطلوبة للتغلب على الوزن.

قوة الرفع – Lift:

وهي محور دراستنا هذه، هناك العديد من التفسيرات لهذه القوة، منها ماهو صحيح ومنها ماهو مغلوط سنبدأ بمعلومات عامة عن هذه القوة.

تنشأ هذه القوة بسبب حركة الطائرة في الهواء وتتولد عند مراكز الضغط في الأجنحة التي تأخذ شكل ال «airfoil» “كما في الشكل الموضح بلأسفل” ذلك أنه عند حركة الجسم في الهواء، تستطيع جزيئات الهواء الانتقال بسهولة حول الجسم لضعف الارتباط بينها على عكس الأجسام الصلبة.

وبما أن الجزيئات تتحرك فهناك سرعة خاصة بهذه الجزيئات تختلف بين بعضها البعض وتؤثر بها على الجسم بقيم مختلفة، انطلاقا من هذه المعلومات، توجد فرضيتين لتفسير قوة الرفع.

تفسير الظاهرة حسب برنولي:

تتعلق فرضية برنولي بضغط الهواء على الجسم، حيث قام برنولي بربط سرعة الهواء بالضغط الخاص به، أي أنه عندما تتغير السرعة الخاصة بالهواء، تتغير قيمة الضغط عنده والعكس صحيح بالتالي عندما تتغير سرعة الهواء المحيطة بالجسم، تتغير قيم الضغط المحيطه به وبتجميع قيم الضغط التي تؤثر على الجسم ينتج لدينا قوة تكون المركبة العمودية فيها على اتجاه الحركة هي قوة الرفع، أما المركبة الأفقية فهي مضافة الى قوة السحب المقاوم للحركة.

حسب نيوتن

تقوم فرضية نيوتن على جمع قيم السرعة لجزيئات الهواء المحيطة التي تؤثر على الجسم، ينتج عن ذلك محصلة اتجاه حركة جزيئات الغاز الكلي، وبحسب قانون نيوتن الثالث، ينتج لدينا رد فعل يعاكس حركة الجزيئات، تكون المركبة العمودية على اتجاه الحركة في رد الفعل هي قوة الرفع أما المركبة الأفقية فتمثل قوة السحب المقاوم للحركة.

اذًا، ما هو التفسير الصحيح؟

كل من فرضية نيوتن وفرضية برنولي صحيحتان، ولكن اعتمد نيوتن على مبدأ انحفاظ كمية الحركة، بينما اعتمد برنولي على مبدأ انحفاظ الضغط. ويجب التنويه هنا الى أن فرضية نيوتن أو فرضية برنولي تشير الى المجتمعات التي تدعم هذه الفكرة وليس الأشخاص بحد ذاتهم، ذلك أن زمن برنولي ونيوتن سبق عصر الطيران بكثير.

بالخلاصة، لا يوجد إجماع كلي بين الفيزيائيين على الأسباب التي تؤدي لخلق قوة الرفع، حيث أنه على الرغم من استطاعتنا تصميم طائرات متكاملة واستمثالها للعمليات التجارية أو العسكرية، وقياس هذه القوى ضمن أنفاق هوائية بدقة عالية، إلا أنه لايوجد تفسير موحد كامل ودقيق لسبب نشوء هذه القوة

المصادر:

Scientific American, NASA

اقرأ أيضا من الأكاديمية:

الطباعة ثلاثية الأبعاد، نماءٌ وازدهار أم خراب ودمار؟

ما حقيقة اكتشاف كونٍ موازٍ يسير فيه الزمن إلى الوراء ؟

تناقلت بعض المواقع الاخبارية ومنصات التواصل الاجتماعي موخرًا خبر اكتشاف كونٍ موازٍ يسير في الزمن إلى الوراء. مصدر هذه الإشاعة هو إساءة فهم لمقالٍ نُشر في الثامن من أبريل في مجلة «New Scientist» . في هذا المقال سنستعرض حقيقة وجود كون موازٍ يسير فيه الزمن إلى الوراء وسنعرف الحقيقة من مصدرها وليس مما يكتبه الصحفيون في مقالاتهم.

من هنا بدأت القصة

نشرت صحيفة «ديلي ستار–DailyStar» البريطانية مقالًا عن اكتشاف وكالة ناسا لجسيمات قد تكون من خارج كوننا. وفي التجربة استخدمت وكالة ناسا بالونًا عملاقًا يحلّق فوق القارة القطبية حيث لا وجود لضوضاء راديوية قد تشوش على النتائج ويحمل الهوائي الدافع العابر للقارة القطبية أو ما يُعرف اختصارًا «أنيتا–ANITA» وهو عبارة هوائي راديوي موجهة إلى الأرض لاكتشاف الموجات الراديوية المنبعثة من النيوترينوات عالية الطاقة في حالة تصادمها مع ذرات الموجودة في الجليد. ولاحظ العلماء، أن هناك رياحًا مستمرة لجسيمات عالية الطاقة تأتي من الفضاء الخارجي وبعضها أقوى بمليون مرة من أي شيء يمكن توليده على الأرض، وأضاف العلماء أن الجسيمات منخفضة الطاقة «نيوتريونات–neutrinos» تستطيع المرور عبر الأرض وتتفاعل بالكاد مع مادة كوكبنا، إلا أن الأجسام ذات الطاقة الأعلى تتوقف بسبب المواد الصلبة الأرضية. وأضافت صحيفة ديلي ستار إلى أن الجسيمات عالية الطاقة لا يمكن اكتشافها إلا وهي تنزل من الفضاء الخارجي، مضيفة أن اكتشاف جزئي أثقل «نيوترينو تاو– tau neutrino» وهو يخرج من الأرض يعني أن هذه الجسيمات تسير للخلف بمرور الوقت، ما يعد دليلًا على وجود كونٍ موازٍ.

هوائي أنيتا

تفسير خاطئ للأبحاث العلمية

تجذب عناوين الأكوان المتوازية سماع الكثيرين وتتصدر أخبارها الصفحات الأولى ولكن ما يهمنا هنا هو معرفة الحقيقة من لسان الخبراء والباحثين أنفسهم وليس ما يصيغه ويُئَوله الصحفيون. كل ما يدور حول موضوع اكتشاف كونٍ موازٍ لا تسري فيه قوانين الفيزياء الحالية أتى من ثلاث أوراق بحثية:

• الورقة الأصلية من أنيتا التي أكتشف فيها الباحثون جسيمات عالية الطاقة.

• الورقة البحثية الثانية لباحثين من جامعات أمريكية والتي افترضت أن النتائج المتحصلة من قبل أنيتا يمكن أن تقدم دليلًا على وجود الكون المتماثل حيث تهيمن المادة المضادة على هذا الكون ويمكن أن يسير فيه الزمن إلى الوراء ومن هنا أتت ادعاءات الكون الموازي وذلك عند قراءة هذه الجملة الموجودة في هذه الورقة العلمية ” وفي هذا السيناريو، يُعاد تفسير الكون قبل الانفجار العظيم وبعد الانفجار العظيم على نموذج (كون-كون مضاد)  أُنشئ من لا شيء”

• الورقة البحثية الثالثة لباحثين من مرصد «أيس كيوب نيترينو–IceCube Neutrino» والتي نشرت في مجلة «The Astrophysical Journal» وتقترح هذه الورقة الحوجة إلى البحث عن تفسيرات بديلة لنتائج أنيتا.

ومع ذلك فأن الاستنتاج الحقيقي الوحيد هو أن الأحداث المكتشفة من قبل أنيتا لا يمكن تفسيرها بالنموذج القياسي للكون. وعلى إثر إعلان نتائج أنيتا حول اكتشاف نيوتيرونات ذات طاقة عالية تنبعث من الأرض ولكن من مصدر مجهول، سارع الباحثون في مرصد ايس كيوب في محاولة البحث عن مصدر هذه الجسيمات. يقبع مرصد أيس كيوب نيترينو في القرب من القطب المتجمد الجنوبي ويتكون من 5160 كاشف ضوئي مدفونيين تحت الجليد لغرض اكتشاف النيوتريونات التي تمر عبر ذرات الهيدروجين والأكسجين وتتفاعل معها. وبهذا يعتبر مرصد ايس كيوب أداة رائعة لمتابعة  مايكتشفه هوائي أنيتا لأنه في حالة اكتشاف حدث شاذ من قبل هوائي أنيتا فمن المفترض أن يكون مرصد أيس كيوب قد اكتشف الكثير من المعلومات عن ذلك الحدث. تقول الباحثة «أناستاسيا باربان–Anastasia Barban» من جامعة جينيف في سويسرا “هذا يعني أنه يمكننا استبعاد فكرة أن هذه الأحداث جاءت من مصدر نقطة مكثفة –أو بعبارة أخرى من كونٍ موازٍ- ، وذلك لأن احتمالات رؤية أنيتا لحدث وعدم رؤية أيس كيوب لأي شيء ضئيلة جدًا.”

مرصد أيس كيوب في القطب المتجمد الجنوبي

ما الذي خَلُصت إليه الأبحاثُ العلمية؟

النتائج المنشورة لفحص اكتشافات أنيتا باستخدام مرصد أيس كيوب تُختتم بعبارات مثل “غير متناسقة مع التفسير الكوني” و “الفيزياء الجديدة” ، وتُصاغ على النحو التالي: “إن التفسير الفيزيائي الفلكي لهذه الأحداث الشاذة في ظل الافتراضات النموذجية القياسية مقيد بشدة بغض النظر عن المصدر”. وهذه الخلاصة حُرفت عن معناها الأصلي إلى معانٍ أخرى غير صحيحة. فالمعنى الصحيح: “لا نعرف حتى الآن من أين أتت هذه الإشارات.” أما المعنى الخاطئ: “جاءت هذه النيوترينوات عالية الطاقة من كونٍ موازٍ”. وفي نهاية هذا المقال وجب التنويه عزيزي القارئ إلى الحرص على التدقيق والتأكد من صحة الأخبار العلمية وعدم تصديق كل ما تقرأه في الصحف حتى وإن افتتحت مقالاتها بعباراتٍ طنانة مثل “اكتشفت وكالة ناسا”.

المصادر

sciencealert

forbes

dailystar

تاريخ كرسي الإعدام الكهربائي

في آواخر القرن التاسع عشر، اُخترع كرسي الإعدام الكهربائي على يد موظفي شركة العالم الشهير توماس ألفا إديسون في مدينة ويست أورنج الأمريكية. اعتبر كاتبي السيرة الذاتية  لتوماس أديسون هذا الاختراع وصمة عارٍ في تاريخه حتى أن كثيرًا منهم ينأون عن تدوين هذا الإختراع في فهارس كتبهم.  كان توماس إديسون  يطمح إلى إلغاء عقوبة الإعدام تمامًا في الولايات المتحدة ، لكن في الوقت ذاته كان يعتقد أن الصعق بالكهرباء سيكون أسرع وأقل إيلامًا من الشنق و وافقه الرأي حكام مدينة نيويورك آنذاك. وفي سنة 1889، وجّه القضاء الأميركي تهمة القتل العمد إلى المتهم «ويليام كيملر–William Kemmler»، فخلال تلك الفترة أقدم كيملر على قتل زوجته حيث هشّم جسدها باستخدام فأس عندما كان تحت تأثير الكحول وعند بزوغ فجر السادس من شهر أغسطس سنة 1889 سِيق كيملر من زنزانته إلى غرفة الإعدام حيث كان بانتظاره كرسي مصنوع من خشب البلوط مزودْ بجهاز صعق كهربي ونطق بكلماته الأخيرة ” أيها السادة ، أتمنى لكم التوفيق جميعًا أعتقد أنني ذاهب إلى مكان جيد. افترى عليّ الصحفيون كثيرًا وهذا كل ما لدي لأقوله.” ثم رُبط رأسُ كيملر بأقطاب كهربائية وصُعق بحوالي 1000 فولت  لمدة سبعة عشر ثانية حتى قرر طبيبان أن كيملر قد فارق الحياة  وتم إيقاف التيار الكهربي. وفجاءةً صرخ أحدهم، “يا إلهي ، إنه لايزال حيًا!” فقد كان كيملر يتنفس وقلبه ينبض. وقام السّجان مرة أخرى بتشغيل جهاز الصعق ورفع جهد الجهاز إلى 2000 فولت وبعد أربع دقائق توفى كيملر واستغرق جسده عدة ساعات ليبرد. ووصفته الصحف بأنه “البائس الفقير”. كانت هذه القصة المأسوية لأول تجربة إعدام بالكرسي الكهربي ولكن ماهي ملابسات اختراع هذا الجهاز وكيف يعمل؟

• 

حرب التيارات

يُطلق مصطلح «حرب التيارات–the current war» على الصراع الذي نشأ بين عالمي الكهرباء الشهيرين نيكولا تسلا وتوماس إديسون. ففي عام 1882  أنشأ توماس إديسون أول محطة لتوليد الكهرباء في العالم في مدينة نيويورك ليضيء منطقة منهاتن بتياره المستمر، ولكن كانت هناك مشكلة  تكمن في طبيعة التيار المستمر حيث لا يمكن رفعه أو خفضه باستخدام المحولات وبالتالي نقله إلى أماكن بعيدة خلافًا للتيار المتردد الذي اكتشفه  نيكولا تسلا وهذا أدى إلى التأثير على صناعات إديسون واستثماراته. يذكر بعض المؤرخين أن توماس إديسون أيّد فكرة استخدام التيار المتردد في عملية الإعدام، وذلك حتى يُثبت للناس خطورة التيار المتردد وبالتالي يعزفون عن اقتناء الأجهزة التي تعمل بالتيار المتردد.

كيفية عمل كرسي الإعدام الكهربائي

في البداية يُشدّ وثاق الشخص المحكوم عليه بالإعدام على الكرسي باستخدام أدوات ربط حتى لا يتحرك أثناء صعقه. ثم تُغطى عينيه وذلك حسب طلبه أو لا. وبعد ذلك يوضع أحد الأقطاب الكهربائية لجهاز الصعق على رأسه بينما يوضع القطب الآخر في المناطق السفلية للمحكوم عليه بالإعدام وعادةً على رجله. وبذلك يتوفر مسار مناسب للتيار الكهربي من أعلى رأسه حتى أخمص قدمه و يتم التحكم بكمية التيار الكهربائي بواسطة شخص مدرب على ذلك وأيضًا يتحكم بتشغيل أو إيقاف جهاز الصعق. ولكن بعض عمليات الإعدام لم تسر حسب المخطط لها ففي عام 1982 ظل جسد «فرانك كابولا–Frank J. Coppola» يشتعل نارًا لما يُقارب 55 ثانيةً وأثناء إعدامه سمع الشهود أصوات أزيز لحمه وهو يُقلى عندما اشتعلت النيران في رأس كابولا وساقيه، وامتلأت غرفة الإعدام بسرعة بالدخان وأصبح من الصعب للغاية مشاهدة كوبولا وهو يتلوى ألمًا بمهشدٍ يشبه مشاهد التعذيب في العصور الوسطى. الجدير بالذكر أن عقوبة الإعدام بالكرسي الكهربائي لازلت قائمة في بعض ولايات أمريكا كولاية تينيسي وفيرجينيا وألاباما وأركنساس.

المصادر

historytoday

washingtonpost

nationalgeographic

energy.gov

trustedinformer

historycollection

deathpenaltyinfo.org

The Infographics Show