Table of Contents
لماذا الروبوتات ضرورية في مجال الإكثار الخطرة
فالبيئات الخطرة للاستخراج - من حقول النفط الفرعية والألغام الجوفية إلى مواقع النفايات المشعة - تمثل مخاطر شديدة تجعل المشاركة البشرية المباشرة غير قابلة للتحمل، فالضغط الشديد والغازات السامة والإشعاع والجو المنفجر والحرارة الشديدة لا يمكن أن تخلق ظروفاً يمكن أن يكون فيها التعرض القصير مميتاً، فالاعتماد التقليدي على العاملين في القطاع الإنساني يضطرون إلى قبول معدلات الإصابة، والحدود الصارمة للتحول، وبروتوكولات الآمنة المؤثرة الآن توفر مهاماً بديلة تحولية:
فالدفع نحو التشغيل الآلي لا يتعلق فقط بالاستعاضة عن الناس؛ بل يتعلق بتمكين العمليات التي كانت مستحيلة من قبل، فعلى سبيل المثال، تعمل المركبات التي تعمل عن بعد بصورة روتينية في أعماق المحيطات التي تتجاوز 000 3 متر، حيث لا يمكن للمسدسين البشر البقاء على قيد الحياة، وفي حالات وقف التشغيل النووي، يتعامل الروبوتات مع المواد المشعة العالية التي تتجاوز حدود الجرعات المسموح بها في غضون دقائق، وتدفع الفوائد الاقتصادية والآمنة على نحو سريع الاعتماد عبر الصناعات.
أهم ما ينطوي عليه نشر الأجهزة الآلية في المناطق الخطرة
السلامة غير المتعهد بها
أما العامل الرئيسي في مجال الإنسان الآلي في مجال استخراج المخاطر فهو القضاء على تعرض الإنسان للخطر، ويمكن للروبوت أن يدخل البيئات التي تحتوي على غازات متفجرة أو مواد كيميائية متآكلة أو ضغوط شديدة دون أن يتطلب ذلك نظماً لدعم الحياة أو خططاً للإجلاء، ففي التعدين مثلاً، تبعد شاحنات الهالكينات المستقلة وأجهزة الحفر عن سقفها، وخارجها الغاز، وحوادث الأجهزة الثقيلة.
الدقة والتكرار غير المطابقين
:: أداء النظم الآلية، ولا سيما تلك المجهزة برؤية حاسوبية وتغذية مرتدة للقوة، مهام حساسة مثل التلاعب بالصمامات في آبار النفط العالية الضغط أو جمع العينات في الخلايا المشعة الساخنة ذات الدقة دون العسكرية، وعلى عكس البشر، لا تعاني الآلات من الخيوط اليدوية أو الدهون أو التمزقات في التركيز، وهذا الدق يقلل من النفايات المادية، ومن الأضرار التي تلحق بالمعدات، وتكاليف إعادة تشغيل الرؤوس.
العمليات المستمرة
ولا تتطلب الروبوتات الراحة أو التحولات أو الكسر في الوجبات والتربة، ويمكنها العمل 24/7 في البيئات التي تجبر الأفرقة البشرية على التناوب كل بضع ساعات، وبالنسبة لعمليات التعدين، يمكن أن تدير مركبات ذاتية الدفع ومضخة ذاتية الدفع عشرات من الدورات يوميا، مما يزيد من الناتج بنسبة 30 في المائة أو أكثر مقارنة بالأساطيل التي تعمل يدويا، وقدرة على الحفاظ على ارتفاع الإنتاجية دون تأخير، تؤدي بشكل مباشر إلى تحسين اقتصاد المشاريع.
كفاءة التكلفة الطويلة الأجل
وفي حين أن الاستثمار الأولي في النظم الآلية يمكن أن يكون كبيراً - في كثير من الأحيان ملايين الدولارات مقابل مبلغ واحد من دولارات الولايات المتحدة - فإن التكلفة الإجمالية للملكية على حياة المشروع أقل كثيراً من الأساليب التقليدية، وقد حققت ثلاثة أرباح عمالية مخفضة (بما في ذلك المرتبات والتدريب والتأمين والسوقيات للإجلاء)، وقلّت حالات التأخير المرتبطة بالحادث، وطول عمر المعدات، كلها عوامل تساهم في عودة مواتية على الاستثمار.
أنواع الروبوتات المنتشرة في بيئات استخراج المعادن
المركبات العاملة عن بعد
ولا تزال هذه المركبات تشكل ذخيرة النفط والغاز في الخارج والتعدين في أعماق البحار، وتُنقل إلى سفينة سطحية، وتتلقى إشارات مراقبة في الوقت الحقيقي، مما يتيح للمشغلين التلاعب بالأسلحة والكاميرات والأدوات من مسافة آمنة.
مركبات تحت الماء المستقلة
وعلى عكس الروبوتات، تعمل المركبات دون توجيه إنساني ثابت، على إثر مسارات مبرمجة مسبقاً لأعمال المسح والتفتيش، وهي قيمة بوجه خاص لرسم خرائط لمناطق شاسعة من قاع البحر للودائع المعدنية أو طرق خطوط الأنابيب، وعادة ما تكون سلسلة Hydroid REMUS، مثلاً، قادرة على إجراء دراسات استقصائية مستقلة عن السونار لمئات من الكيلومترات، وتعود إلى نقطة نشر.
نظم الهضبة المستقلة في التعدين
وقد احتضنت صناعة التعدين شاحنات وحفر مستقلة، وتعمل مركبات مثل قيادة الشاحنات المتحركة من أجل السحب ]FLT:0[ ]FLT:1] بدون سائقين في مناجم مفتوحة وخفية، مصحوبة بمستشعرات كشفية من نوع GPS ومستشعرات العقبة، وتتحرك هذه النظم ركازا، وصخرة نفايات، ولوازم على مدار الساعة، وتوزع أكبر مسالك مضيفة مركزية على شبكة " بيبل " .
طائرات بدون طيار لأغراض التفتيش والرصد
وتوفر المركبات الجوية غير المكشوفة وسيلة سريعة منخفضة التكلفة لتفتيش الوجبات الخفيفة، وخطوط الأنابيب، والأصول الهيكلية في المصافي، والنباتات الكيميائية، وميادين النفط، حيث يمكن للطائرات بدون طيار أن تجهز بالكاميرات الحرارية ومجسدات الغاز، أن تكتشف التسربات، والتآكل، والتسخين دون أن تتطلب وصولا بشريا عبر قطع أو وصولا للحبل الصناعية.
المكوس والروبوتات التعاونية
وفي حين أن هذه البذلات التي يمكن ارتداؤها تُستخدم بشكل متزايد لتعزيز عمال الإنسان في البيئات الخطرة، فإن هذه البذلات التي يمكن ارتداؤها تقلل من مخاطر الإصابة والإصابة عند معالجة الأدوات أو المواد الثقيلة في الأماكن المحصورة، كما يساعد الآليون التعاونيون في مهام مثل رفع عبوات النفايات المشعة أو وضع معدات حفر ثقيلة، بالاعتماد على أجهزة الاستشعار التي تعمل في مجال الحد الأقصى للقوة للعمل بأمان مع الأشخاص عندما تسمح البيئة بذلك.
تطبيقات محددة في الصناعات عبر
Deep-Sea Oil and Gas Extraction
وتعتمد نظم الإنتاج الفرعي على الرافعات من أجل التركيب والصيانة والتدخل في حالات الطوارئ، فمن فتح صمامات الأنابيب أثناء اختبارات جيدة للاستعاضة عن وحدات التحكم في الغواصات، تؤدي هذه المراكز عشرات من المهام المعقدة على كل منشأة، وقد يكون هناك ميدان واحد في الخارج مخصص يوزع 000 100 دولار يوميا على متنها، ومع ذلك فإن ذلك رخيص مقارنة بتكلفة توقف أو إطلاق من مشغل للرؤوس المتفجرة المتحركة، وتشمل السلف الفرعية في الآونة الأخيرة تكاليف تدريب الروبوتات على أساس التسرب.
التعدين وإخراج المعادن
كما أن الألغام التي تقل مساحاتها تحت الأرض تشكل مخاطر مثل حرق الصخور، وتفجيرات الميثان، وغبار السيليكا، وتنشر الروبوتات من أجل كل من دوري استخراج المعادن والسلامة، وتزيد من قدرة التحميلات والمزلاجات التي تتحكم فيها عن بعد على العمل في عواقب مباشرة بعد الانفجار، بينما تزيد مساحات خرائط الطائرات بدون طيار وتقيس تدفقات الهواء.
إزالة الانبعاثات النووية وإدارة النفايات
ويستخدم موقع سيلافيلد التابع للمملكة المتحدة أسطولاً من الروبوتات - بما في ذلك جهازاً آلياً جديداً للتبريد والاسترجاع في مستودعات الوقود الآلية في اليابانية، ويحتوي مفاعل هاونفورد للشحن الآلي في منطقة الوقود.
النباتات الكيميائية والبتروكيمائية
تؤدي الأجهزة في المرافق الكيميائية مهام مثل فتح صمامات الأمان وإغلاقها، وجمع العينات، وتنظيف السفن التي قد تكون مركبات عضوية متفجرة أو سلفيد الهيدروجين موجودة فيها، ويمكن أن تتبادل الأسلحة الآلية الثابتة عناصر الأجهزة داخل المناطق الخطرة دون أن تشترط على الأفراد أن يتبرعوا ببذلات حية كاملة وأجهزة تنفس.
استكشاف الفضاء وتصريفه خارج الأرض
وفي حين أن مبادئ روبوتات البيئة الخطرة لا تشمل التعدين في القمر والمريخ، فإن برنامج اللونابيكات التابع للناسا وخطط وكالة الفضاء الأوروبية لاستخدام الموارد في الموقع تستخدم الدوار الآلي في استخراج ثلج الماء والفلزات من مخلفات القمر، ويجب أن تعمل هذه الروبوتات في فراغ، وتقلبات حرارة شديدة، وتبني نظماً للتعدين في المستقبل خارج الأرض، بحيث تكون هذه المواد الرملية.
التحديات في نشر الروبوتات لأغراض الإكثار الخطرة
النفقات الرأسمالية المرتفعة وتكاليف التكامل
فالآليات المتخصصة في البيئات القصوى مكلفة، وكثيرا ما تتطلب تصميماً واعتماداً معتادين، ويمكن أن يزيد تكلفة نظام واحد من أجهزة الحفر العميقة على 5 ملايين دولار، وقد تبلغ تكلفة شاحنات الهال المستقلة 3-4 ملايين دولار لكل منها، وإلى جانب المعدات، يجب على الشركات أن تستثمر في الهياكل الأساسية للاتصالات (مثل الكابلات الألياف لضمادات الترددات العنائية، والوصلات الساتلية للألغام النائية)، ومراكز المراقبة، والأمن الإلكتروني المستمر لحماية النظم العقارية من العائدات.
الموثوقية التقنية والصيانة في ظروف هرش
ويجب أن تصمد البحار والمفاصل والإلكترونيات في المياه الملحية التآكلية، والغبار الغامس، والإشعاع العالي، ودرجات الحرارة القصوى، وعلى الرغم من التصميم القوي، فإن الفشل يحدث: فإذراع المتلاعب المعلق على رنين مركب مائي عميق يمكن أن يوقف العمليات لأيام بينما يتدفق بديل أو يُنصب في وعاء إصلاحي، ويمكن أن تؤدي تكاليف التعطل بسرعة إلى تآكل المكاسب الناتجة عن زيادة الكفاءة.
البرمجة المعقدة والقدرة على التكيف
ولا تزال العمليات المستقلة في البيئات غير المنظمة تشكل تحديا، إذ قد يفشل الإنسان الذي يتعامل مع صمام في مختبر نظيف عندما يواجه نزيف أو حطام أو متلاعبين زلقين في الميدان، فبرمجة كل حالة طوارئ غير عملية، وكثيرا ما يتطلب الآليون من مشغل بشري التدخل في حالات غير متوقعة، ولهذا السبب فإن العديد من النظم الحالية شبه مكتملة: فهي تؤدي مهاما ذاتية ولكن تتطور في مجال البحث.
العقبات الانتقالية في مجال التنظيم والقوة العاملة
وما زالت الأنظمة التي تنظم التشغيل عن بعد للمعدات الثقيلة في المناجم والبيئات الخارجية آخذة في التطور، كما أن المسؤولية عن الحوادث التي تنطوي على آلات مستقلة، والتصديق على نظم الأمان القائمة على البرمجيات، والتعاون عن بعد عبر الحدود )مثلا، مراقبة روبوت في استراليا من مركز في كندا( تثير أسئلة قانونية، وبالإضافة إلى ذلك، قد يقاوم العمال التشغيل الآلي بسبب مخاوف التشرد الوظيفي، وكثيرا ما تشمل عمليات النشر الناجحة إعادة التدريب عناصر خدمات التحكم، وطاقم الصيانة.
الاتجاهات المستقبلية والاتجاهات الناشئة
الاستخبارات الفنية وأجهزة الإنذار السويدية
وتسمح التحسينات التي أدخلت على نظام المعلومات الآلي بالتعامل مع قدر أكبر من الاستقلالية والتكيف مع الظروف المتغيرة، وتساعد الشبكات العصبية المدربة على آلاف ساعات من البيانات التشغيلية المناولة الآلية على تحديد وإمساك الأجسام المشكله بصورة غير قانونية، حيث يقوم العديد من الروبوتات الصغيرة والرخيصة بتنسيق مثل مستعمرة من النمل - المعرضين للخطر: إذ يمكن لمئات الطائرات بدون طيار أو الزحفيين أن يمسحوا ميدانا كبيرا من الألغام أو النفط في نفس الوقت.
التواؤم الرقمية والتدريب المبسط
ويستخدم المشغلون بشكل متزايد التوأم الرقمي - الصيغ الإلكترونية للآليات المادية وبيئتها لاختبار وصقل خوارزميات التحكم قبل نشرها في موقع خطر، ويسمح توأم رقمي من من منجم، مثلاً، للمهندسين بتحفيز التفاعلات بين الصخور المتفجرة، وتغييرات الهابل، وفشل المعدات دون المخاطرة بأصول حقيقية، مما يقلل من وقت التكليف ويعجل بتدريب المشغلين الآليين الجدد.
Human —Robot Collaboration (HRC) Beyond the Hot Zone
وحتى عندما يصبح الآليون أكثر قدرة، فإن الاستبدال الكامل للبشر في عمليات استخراج الخطر أمر غير محتمل في الأجل القريب، بل إن تضافرا آخذ في الظهور: فالآليين يؤدون أكثر المهام خطورة بينما يقوم البشر بالإشراف على مراكز المراقبة الآمنة والتدخل فيها، كما أن الإفراط في الواقع المشجع على وجهة نظر المشغل عن طريق آلة تصوير عن طريق الروبوتات يمكن أن يظهر بيانات حساسة، وصور، وتحذيرات، مما يتيح للمشغلين أن يوصلات المرتدة.
Energy —Autonomous Robots
فتقنية البطارية، وخلايا الوقود، والقدرة على جمع الطاقة من البيئة - مثل التدرجات الحرارية في المواقع الحرارية الأرضية أو تيارات المد في مواقع فرعية - هي بمثابة امتداد للتحمل الآلي، والآلات التي يمكن أن تغذي نفسها من محطة شحن لاسلكية أو نقطة طاقة ملتوية يمكن أن تعمل إلى أجل غير مسمى، وهذه الروبوتات ذاتية الاصطدام ستكون مثالية للرصد الفرعي الطويل الأجل للنفايات النووية المختومة.
توحيد المعايير والهيكلات المفتوحة
وتتجه صناعة الروبوتات نحو وصلات مشتركة بين أجهزة الاستشعار، وبروتوكولات الاتصال، والمؤثرات الثابتة المتلاعبة، وتيسر مجموعات مثل نظام تشغيل السيارات ، والمعايير الواردة من معهد الهندسة الكهربائية والإلكترونية دمج المكونات من مختلف البائعين، مما يقلل من تحسين الخزنة وييسرها.
خاتمة
وقد تحقّقت الأجهزة الآلية من الأدوات التجريبية إلى الأصول الأساسية في بيئات استخراج المخاطر، مما يحدّ من المخاطرة التي تتهدد حياة الإنسان بشكل كبير، ويحسن الإنتاجية والدقيق وفعالية التكلفة، ومن قيام شركة ROVs بتشكيل حقول النفط في البحر إلى شاحنات مستقلة تنقل الخامات في المناجم النائية، فإن التكنولوجيا أثبتت قيمتها، وما زالت التحديات في التكلفة والموثوقية والتنظيم، ولكن التقدم المستمر في الصناعات الآلى والتوائم الرقمية، والوعود التي يقوم بها الإنسان في الأرض.