انقر هنا لمشاهدة فيديو "ملخص مرئي" لهذا الاختراع.
اختراعات علي پور أحمد | التصنيف: اختراعات جديدة في العالم | ذات صلة: الاكتشافات العلمية والاختراعات التكنولوجية
المباني المعلقة والعائمة في الهواء باستخدام الموصلات الفائقة والمغناطيس
◉ الاختراع: المباني المعلقة والعائمة في الهواء باستخدام الموصلات الفائقة والمغناطيس
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
◉ المقدمة والأهداف:
في هذه المقالة سوف نشرح بشكل مختصر كيفية بناء المباني المعلقة والعائمة في الهواء باستخدام الموصلات الفائقة والمغناطيس.
في عالمنا الحديث، ومع الاستخدام المتزايد للتكنولوجيا وكفاءتها، نشهد اهتمامًا خاصًا وجادًا بالمفاهيم الجمالية والجاذبية البصرية للمنتجات في شكل مفاهيم معقدة. في العقود الخمسة الماضية، لم تكن سرعة ظهور التقنيات الجديدة وعملية التغيير والتطوير المتكررة فيها بنفس سرعة اليوم، لكن الإنسان اليوم أكثر اهتمامًا بالتغييرات السريعة والابتكارات المتكررة والتفكير العميق في الإنجازات المحققة، لأنه يريد معرفة كيف يمكنه تقديم المزيد من الإبداع المتنوع والمبتكر كل يوم. على سبيل المثال، في العقود القليلة الماضية، كان أحد الأسباب الرئيسية للتغييرات الجذرية في البنية الداخلية والخارجية للصناعات المتعلقة بالبناء هو هذا الميل القوي للإنسان الحديث لإجراء تغييرات جذرية في البنية مع الحفاظ على الجمال البصري لمنتجاته.
لطالما رأينا مباني تحت تأثير الجاذبية المسيطرة. وقد تأثر تصميم وهندسة الهيكل الداخلي والخارجي، وحتى التركيب الجزيئي لمواد البناء، بهذه القوة، بالإضافة إلى قوى احتكاك أو تآكل أخرى في كل منطقة. بمعنى آخر، لطالما رأينا مباني ملتصقة بالأرض! ولكن هل رأينا مبنى معلقًا في السماء؟ من المؤكد أن الكثيرين شاهدوا مثل هذه المباني في أفلام الخيال العلمي. ولكن هل من الممكن في الواقع بناء هياكل مباني عائمة في الهواء؟ في هذه المقالة، سأوضح أن هذه الفكرة ممكنة بالتأكيد، ولكن قبل ذلك، ولفهم هذه التقنية بشكل أفضل، يجب أن نشرح بإيجاز المفاهيم الفيزيائية الأساسية المستخدمة في هذه الفكرة والتصميم.
◉ الاختراع: المباني المعلقة والعائمة في الهواء باستخدام الموصلات الفائقة والمغناطيس
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
مقاومة مرور الكهرباء إحدى خصائص موصلية المادة أو عزلها. على سبيل المثال، يوصل المعدن الكهرباء جيدًا لأن الإلكترونات الحرة فيه تمر عبره بسهولة دون أي مقاومة، ما يجعله يتمتع بخاصية التوصيل. ومع ذلك، إذا دخلت الكهرباء نفسها إلى مادة بلاستيكية، فإن الإلكترونات تواجه مقاومة عالية، ولا تستطيع الكهرباء المرور بسبب بنية الغازات المستخدمة في نسيج البلاستيك، لأن البلاستيك يتمتع بخصائص عازلة. وبطبيعة الحال، فإن الطبيعة العازلة أو الموصلة للمواد هي خاصية نسبية، وليست مطلقة، لأن جميع المواد لها قدر ضئيل من الخصائص الموصلة أو العازلة داخل ذراتها.
تُسمى بعض المواد الموجودة في الطبيعة بالموصلات الفائقة نظرًا لقدرتها الفائقة على توصيل الكهرباء. جميع الموصلات الفائقة مصنوعة من مواد متعادلة كهربائيًا لأن ذراتها تتكون من إلكترونات سالبة الشحنة تحيط بنواة الذرة بعدد مماثل من البروتونات الموجبة الشحنة.
◉ الاختراع: المباني المعلقة والعائمة في الهواء باستخدام الموصلات الفائقة والمغناطيس
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
لذلك، في المواد فائقة التوصيل، تتحرك الإلكترونات من ذرة إلى أخرى بحركة منتظمة دون أي تصادمات، بدلاً من الحركة العشوائية، ولذلك لا تتولد أي مقاومة أو حرارة. تصبح حركة الإلكترونات والنوى أكثر انتظامًا، وتزداد الموصلية الفائقة عند تبريد المادة فائقة التوصيل.
بالإضافة إلى المواد الموجودة في الطبيعة، يمكن توليد الموصلية الفائقة بدمج عدة مواد. وبالطبع، لا يشمل هذا الدمج جميع المواد، لأن قدرة المادة على أن تصبح موصلًا فائقًا تقتصر على المعادن وأشباه الفلزات، التي تظهر الموصلية الفائقة عند وصولها إلى درجة حرارة حرجة. على سبيل المثال، يصبح الزئبق موصلًا فائقًا عند درجة حرارة 269 درجة مئوية تحت الصفر، ولكن هناك مركبات أخرى تحقق الموصلية الفائقة عند درجات حرارة أعلى. على سبيل المثال، يحقق مزيج الزئبق والثاليوم والباريوم والكالسيوم والنحاس وأكسيد (Hg≤ ...
◉ الاختراع: المباني المعلقة والعائمة في الهواء باستخدام الموصلات الفائقة والمغناطيس
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
بالإضافة إلى قدرة الموصلات الفائقة على توصيل الكهرباء دون أي مقاومة، تستطيع هذه المواد حبس الكهرباء قرب سطحها وتحييد حقولها الداخلية عند درجة حرارة حرجة (TC) باستخدام تأثير مايسنر. يؤدي هذا إلى دفع التدفق المغناطيسي للخارج عند تبريد الموصل الفائق إلى درجة حرارة حرجة، وفي مثل هذه الظروف، تُعلق مادة ذات خصائص مغناطيسية وتطفو فوق الموصل الفائق. هذه هي نفس الخاصية التي تسمح للموصل الفائق بالوصول إلى درجة حرارة 268 درجة مئوية تحت الصفر لإبقاء قطارات ماجليف التي يتراوح وزنها بين 33 و640 طنًا معلقة على مسافة 10 سنتيمترات دون أي تلامس مع القضبان (ملفات أرضية).
هذه الخاصية المذهلة دفعتني إلى فكرة استخدام مادة ذات كتلة هائلة وموصلية فائقة عالية لإبقاء هيكل مبنى معلقًا (رمزيًا) قبل سنوات عديدة، وهو ما استخدمته عام ٢٠١٨ لإنشاء مبانٍ معلقة مذهلة في فيلم الخيال العلمي "السنة الشمسية ٢٤٠٠". ربما كانت مشاهد المباني المعلقة في هذا الفيلم آنذاك تُعتبر مجرد فكرة خيالية، لكن في الواقع، لم تكن فكرة هذا الفيلم خيالية أبدًا، وخلف تصميم مشاهده، كنت أملك معلومات مفصلة وشاملة عن كيفية بناء تلك الهياكل العائمة في العالم الحقيقي، والتي سأشرحها بالتفصيل لاحقًا.
◉ الوصف الفني للاختراع:
لجعل مبنى يطفو، كما هو موضح في الفيديو في نهاية هذه المقالة، استخدمتُ تقنيتين. التقنية الأولى كانت استخدام غرفة تخزين هيليوم مضغوطة كهيكل داخلي وتغطية هذه الغرفة البالونية بواجهة المبنى الفعلية. أما التقنية الثانية فكانت استخدام موصل فائق كبير وقوي مزود بمعدات تبريد خاصة لتعليق مغناطيس كبير متصل بهيكل خفيف الوزن كمبنى رمزي، وسأصف هنا التقنية الثانية الأكثر تكلفة وتعقيدًا، وهي استخدام موصل فائق ضخم. تجدر الإشارة إلى أنه نظرًا للتحكم في وزن وتوازن الهيكل في كلتا التقنيتين، فإن المباني المعلقة غير صالحة للسكن، والمبرر الوحيد للاستثمار في بنائها هو إنشاء رمز فريد وجميل لمبنى يطفو في سماء المدن الحديثة.
◉ الاختراع: المباني المعلقة والعائمة في الهواء باستخدام الموصلات الفائقة والمغناطيس
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
لكي يظل مبنى هذا المشروع معلقًا في الهواء بواسطة الموصلات الفائقة، من الضروري أولاً تقليل الوزن الزائد للمبنى قدر الإمكان. ولهذا الغرض، استخدمت هيكلًا مصنوعًا من البولي كربونات المضغوط والمقاوم للحريق يسمى G2 مع طلاء فولاذي. يبلغ وزن عوارض G2 حوالي 20 كجم بعرض 40 سم وطول 6 أمتار، ويبلغ وزن ألواح G2 حوالي 5 كجم بعرض مترين وطول 6 أمتار. يسمح لنا هذا الوزن المنخفض، إلى جانب الصلابة العالية وقوة البولي كربونات في مواجهة ضغط الجاذبية والعوامل البيئية، بإنشاء هيكل وواجهة المبنى المعلق بالأبعاد المطلوبة. في الواقع، لتقليل الوزن، يكون الجزء الداخلي من المبنى المعلق فارغًا تمامًا ويتكون الجزء الخارجي منه من الهيكل (عوارض البولي كربونات) والواجهة (ألواح على شكل بولي كربونات).
◉ الاختراع: المباني المعلقة والعائمة في الهواء باستخدام الموصلات الفائقة والمغناطيس
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
الخطوة التالية هي إضافة "مولد كهربائي" لتوليد مجال مغناطيسي في أسفل الهيكل المعلق. لإنتاج مجال مغناطيسي قوي جدًا، نحتاج إلى "مولد كهربائي" قوي (ملف مغناطيسي) لتحويل الملف الموصل إلى مجال مغناطيسي. بما أن جميع الإلكترونات تتحرك في نفس الاتجاه عبر السلك، ينشأ مجال مغناطيسي قوي ومتحكم به حول الملف المغناطيسي، وتتناسب قوته مع كمية الكهرباء المارة عبره. هذا يعني أنه مع زيادة التيار الكهربائي، تزداد قوة المجال المغناطيسي أيضًا. تُعد هذه التقنية مهمة، لأنه عند وضع مولد المجال المغناطيسي فوق الموصل الفائق، كلما كان المجال المغناطيسي الناتج أقوى وكانت درجة حرارة المادة فائقة التوصيل أقل، زادت قوة تنافره وتحييده. يعود ذلك إلى تأثير تفاعل مايسنر، وبهذه الطريقة، يُمكن تعليق هياكل كبيرة مضادة للجاذبية.
لأن "المولد الكهربائي" للمجال المغناطيسي متصل بالهيكل المعلق، فإنه يمكن الحصول على الكهرباء اللازمة بطريقتين. تتمثل الخطة الأولى في استخدام ألواح شمسية متصلة بالهيكل المعلق، والتي، بالإضافة إلى دورها كنوافذ زجاجية للمبنى، لديها القدرة على توليد الكهرباء التي يحتاجها "المولد الكهربائي" (الملف المغناطيسي). وبالطبع، يجب في هذه الخطة مراعاة أقصى وزن لاستقرار المبنى العائم وتحكمه. أما الخطة الثانية، وهي الأكثر تكلفة، فتتمثل في نقل الطاقة لاسلكيًا (WPT) مع نقل الموجات الدقيقة (MPT) من الجزء الأرضي للمبنى، مما يجعل هذه الفكرة أكثر فعالية نظرًا للمسافة القصيرة جدًا بين جزأي المبنى المنفصلين (الجزء المتصل بالأرض والجزء المعلق في الهواء).
◉ الاختراع: المباني المعلقة والعائمة في الهواء باستخدام الموصلات الفائقة والمغناطيس
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
في أسفل وأعلى كل جانب عرضي من الهيكل المُعلّق، ثُبّتت ١٦ مروحة شفط وضغط (٤ مراوح على كل جانب) للتحكم في حركة الهيكل ومنعها نتيجةً للعوامل الطبيعية. يُفعّل نظام تصحيح الانحراف هذا عند تلقيه تحذيرًا من مستشعرات ذكية حول انحرافات طفيفة للهيكل المُعلّق عن الوضع الموازي (بالنسبة للهيكل المُتصل بالأرض)، وبالتالي، بما يتناسب مع هذا الانحراف، يُجبر ضغط الهواء على الهيكل على إعادته إلى الموقع المُحدد. بالطبع، يمنع التصاق المجال المغناطيسي (الناتج بين المغناطيس الكهربائي والموصل الفائق) هذا الانحراف، ولكن يُمكن لمراوح الضغط والشفط منع أي انحرافات غير مرغوب فيها على الهيكل، خاصةً في ظروف جوية مُعينة.
◉ انقر على أي من صور المعرض أدناه للتكبير:
لإكمال النظام المُصمم لإبقاء الهيكل المُعلق عائمًا فوق القاعدة (مبنى مُثبت على الأرض)، يجب استخدام كتلة موصلة كبيرة مع مزيج من مواد (LTS) تصل إلى نقطة TC (درجة الحرارة الحرجة لتكوين الموصلية الفائقة في المواد) عند أعلى درجة حرارة. يُعد مزيج الزئبق والثاليوم والباريوم والكالسيوم والنحاس وأكسيد (Hg₂Tl₂3Ba₃₃Ca₃₃Cu₂O₂₂) هيكلًا مناسبًا للموصل الفائق المُستخدم في هذا المشروع، والذي حصل على براءة اختراع من علماء كوريين، ويصل إلى الموصلية الفائقة عند درجة حرارة 135 درجة مئوية تحت الصفر.
◉ الاختراع: المباني المعلقة والعائمة في الهواء باستخدام الموصلات الفائقة والمغناطيس
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
يعود سبب اختيار هذه التركيبة إلى إمكانية استخدام النيتروجين السائل للحفاظ على برودة هذه المواد المركبة بدلًا من الهيليوم السائل، نظرًا لانخفاض تكلفة إنتاجه مقارنةً بغاز الهيليوم السائل. مع ذلك، يخضع اختيار مصدر التجميد للمراجعة والتغيير وفقًا لبنية سبيكة المادة فائقة التوصيل. تجدر الإشارة إلى أن تجميد المواد فائقة التوصيل باستخدام أجهزة التبريد الكهربائية مكلف للغاية ويتطلب استهلاكًا كبيرًا للطاقة، لذا فإن الحل الأمثل لتجميد المواد فائقة التوصيل هو استخدام النيتروجين السائل عند درجات حرارة عالية (TC) والهيليوم السائل عند درجات حرارة منخفضة (TC).
حتى الآن، تم الانتهاء من نظام تثبيت الهيكل المعلق، ولكن هناك نقطة يجب مراعاتها بشكل خاص وهي تناسب أبعاد ووزن "مولد المغناطيس الكهربائي" للهيكل المعلق مع توصيل الموصل الفائق بالهيكل الثابت وتثبيته بالأرض. بمعنى آخر، يزداد احتمال اختلال التوازن في الأداء الصحيح للموصل الفائق إذا كان الهيكل المعلق زائد الوزن، أو كان المجال المغناطيسي ضعيفًا، أو انخفضت درجة حرارة الموصل الفائق، لأن التدفق المغناطيسي المطبق عليه لا يُطرد بالكامل بسبب اختلال ضغط المجال ودرجة الحرارة، ولن يكون من الممكن تعليق الهيكل المتصل بالمغناطيس الكهربائي.
◉ الاختراع: المباني المعلقة والعائمة في الهواء باستخدام الموصلات الفائقة والمغناطيس
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
كما هو موضح في الفيديو في نهاية المقال، وللتغلب على هذا التحدي، صممتُ حلاً مساعدًا باستخدام رافعات هيدروليكية لدعم الهيكل المعلق. بالإضافة إلى تثبيت الهيكل المعلق في حالات الطوارئ أو أثناء فترات الصيانة، تعمل هذه الرافعات أيضًا كنظام لتوفير الطاقة للهيكل المعلق. بهذه الطريقة، في ساعات الليل المتأخرة، عندما تقل أهمية رؤية المبنى العائمة، تُوصل الرافعات الداعمة بالهيكل المعلق، وتواصل تثبيته فوق المبنى الأساسي دون الحاجة إلى مجال مغناطيسي كهربائي. ثم، عندما يشرق ضوء النهار ويصبح المبنى مرئيًا، تُفصل الرافعات الداعمة عن الهيكل المعلق مرة أخرى.
كما ذكرتُ في بداية هذه المقالة، فإنّ ضرورة تنفيذ مشروعٍ مُعقّدٍ ومُتقدّمٍ ومُكلّفٍ كهذا تتطلّب مُبرّرًا اقتصاديًا. ومع ذلك، فإنّ بناءَ عددٍ منها في بعض المدن الحديثة يُمكن أن يُضيفَ جمالًا إلى هذه المدن، بمزيجٍ من الخيال العلميّ والرموز الحديثة، لجذب المزيد من السياح والاستثمارات المُرتبطة به.
◉ الاختراع: المباني المعلقة والعائمة في الهواء باستخدام الموصلات الفائقة والمغناطيس
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
مثل الاختراعات الأخرى، يتمتع هذا الاختراع أيضًا بإمكانية التطوير والتحسين بشكل أكبر، ويجعل تسويقه التجاري من الممكن تخيل وتحديث واجهات حضرية مختلفة في بعض مناطق العالم.
نهاية المقال//
◉ فيديو للمباني المعلقة والعائمة باستخدام الموصلات الفائقة والمغناطيس / التصنيف: اختراعات بواسطة علي پور أحمد
◉ صانع الرسوم المتحركة لهذا الفيديو: علي بورأحمد
◉ ملحن الموسيقى لهذا الفيديو: علي بورأحمد
◉ الراوي: علي بورأحمد
◉ اللغة: الانجليزية
◉ الترجمة: لا يوجد
◉ الاختراعات العلمية لعلي پورأحمد
◉ أفلام الخيال العلمي لعلي پورأحمد
◉ جوائز علي پور أحمد
◉ لوحات للفنان علي پورأحمد
◉ موسيقى علي بورأحمد الآلية
إعلان
