أستاذان بالجامعة الأمريكية بالقاهرة يطوران نظام بناء مستدام وصديق للبيئة بتقنية تصنيع متطورة باستخدام الروبوت

قامت الدكتورة هنادي سالم، رئيسة قسم الهندسة الميكانيكية بالجامعة الأمريكية بالقاهرة، ومديرة معمل تصنيع المعادن عن طريق الإضافة بالجامعة، والدكتور شريف عبد المحسن، رئيس قسم العمارة ومدير معمل التصنيع الروبوتي بقسم العمارة بالجامعة الأمريكية بالقاهرة، بتطوير نظام بناء مبتكر مستدام وصديق للبيئة بتقنية تصنيع المواد عن طريق الإضافة Additive Manufacturing باستخدام الروبوت. يعتمد النظام المستدام الذي تم تطويره في معمل تصنيع المعادن عن طريق الإضافة بالجامعة على المواد القائمة على المعادن والطين كمواد أولية للبناء، ويستخدم أحدث التقنيات المتمثلة في الترسيب الآلي لبناء الهياكل المعقدة والذي يستهلك طاقة أقل ويقترب من خفض انبعاثات الغازات الدفيئة إلى أقرب مستوى ممكن من الصفر مقارنة بالطرق التقليدية لتصنيع مواد البناء. تستخدم تقنية تصنيع المواد عن طريق الإضافة Additive Manufacturing الأسلاك المعدنية القابلة للتشغيل في مواقع البناء باستخدام روبوت بأذرع آلية متحركة. ويعد معمل تصنيع المعادن عن طريق الإضافة بالجامعة المعمل الأول من نوعه في مصر والشرق الأوسط في هذا المجال.
أوضحت سالم أن تصنيع المواد عن طريق الإضافة باستخدام الطين والمعادن يمكن أن ينتج منتجات عالية القيمة بأقل قدر من النفايات، وبمعدلات إنتاج عالية وتكلفة منخفضة مع استخدام تصميمات هيكلية مخصصة ومبتكرة في وقت أقل. تقول سالم: "لذا فإن الجمع بين كل من الطين والمعادن عن طريق الإضافة باستخدام الروبوت في هندسة البناء يقلل من انبعاثات الكربون لأنه يستهلك طاقة منخفضة للغاية مما يجعلها تقنية نظيفة ومناسبة للحفاظ على البيئة." وأفادت سالم أن تصنيع المواد عن طريق إضافة المعادن يقلل من استهلاك الطاقة بنسبة 45٪ وانبعاثات الكربون بنسبة 95٪. من المتوقع أن تسهم التقنية المتطورة بشكل كبير في البناء والهندسة المعمارية، حيث تستخدم حاليا في بناء الأبراج والجسور والأنفاق والهياكل المعمارية المعقدة وواجهات المباني وخاصة في حالة البناء بالمواقع.
على الرغم من أن الطين كان دوما مادة مهمة في عملية البناء، إلا أن الطين الأحمر المستخدم في معمل الجامعة يتميز بأنه أكثر قوة ومتانة، مما يجعله مثاليًا للاستخدام في التطبيقات التي تتطلب أداء عاليا، حيث يقول عبد المحسن: "طين النار الأحمر هو مادة مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة، حيث يتكون من الكاولين والفلسبار والكوارتز، في حين أن الطوب الطيني العادي المستخدم في البناء السائد في مصر مصنوع من تربة أو طين مقولب ومحروق."
كما يوفر الطوب الطيني المصمم بشكل فريد والمنتج في معمل التصنيع الروبوتي بالجامعة الأمريكية بالقاهرة إمكانيات جديدة لصناعة البناء، حيث يوضح عبد المحسن أنه من خلال الطباعة الروبوتية ثلاثية الأبعاد، يمكن إنتاج طوب مخصص بأشكال وأحجام وتصميمات فريدة يمكن تعديلها وفقًا لمتطلبات البناء المحددة. يقول عبد المحسن: "الطباعة الروبوتية ثلاثية الأبعاد أكثر كفاءة في إنتاج الطوب مقارنة بالطرق التقليدية، لأننا نستطيع الاستغناء عن قولبة الطوب اليدوية والحرق، كما أنها تولد نفايات أقل، حيث يمكن إعادة تدوير وإعادة استخدام أي مادة غير مستخدمة أو أي مخلفات بسهولة. فهي تسمح بمزيد من التحكم في عملية الإنتاج، مما يساهم في إنتاج طوب بجودة وقوة ومتانة متسقة."
كما يساعد استخدام الموارد المتاحة محليًا، مثل المواد الطينية بدلاً من الطوب التقليدي المتوفر في مصر، في الوصول لمستوى عال من الدقة عند استخدام هذه التقنية الحديثة. وأضاف عبد المحسن أن استخدام تصنيع المواد عن طريق الإضافة في صناعة البناء المصرية يمكن أن يساهم في إتاحة فرص السكن والبنية التحتية لشريحة أكبر من السكان، ذلك بالإضافة إلى تأثيراته الإيجابية المختلفة، بما في ذلك خلق فرص العمل وتحسين الكفاءة والابتكار.
وأكدت سالم أيضًا أنه بجانب التأثير الإيجابي لتصنيع المواد عن طريق الإضافة على البيئة، فإن مثل هذه التطورات التكنولوجية المتقدمة تقدم فرصًا للتقدم المجتمعي القائم على المشروعات الصغيرة والمتوسطة. وترى سالم: "إن تصنيع المواد عن طريق الإضافة يتكامل مع التصنيع التقليدي ولن يستبدله، فهو يسمح بحرية أكبر في التصميم وتشجيع الابتكار والتأثير بشكل إيجابي على المجتمع بطريقة صديقة للبيئة وكذلك التقليل من أزمة العملة الأجنبية. كما سيزود الشركات بوسائل للحد من الاستعانة بطرف ثالث من خلال تطوير المفاهيم داخل الشركات وتقصير دورة تطوير المنتج."
جدير بالذكر أن سالم وعبد المحسن عرضا نتائج مشروعهما في جناح الجامعة الأمريكية بالقاهرة في المنطقة الخضراء في مؤتمر المناخ COP27 في نوفمبر الماضي والذي عرض نماذج أولية من التقنيات المبتكرة والمستدامة التي تعرض حلول ومساهمات الجامعة لمكافحة تغير المناخ.