في سن الخامسة عشرة فقط، طوّر إيفان بودز، وهو طالب من دونداس، أونتاريو، سلحفاة آلية تحت الماء قادرة على رصد التلوث والتهديدات البيئية بدقة تصل إلى 96%. وقد حاز اختراعه، المسمى "السلحفاة الآلية تحت الماء البيونية" (BURT)، على مكانة في إحدى أعرق مسابقات العلوم للشباب في أوروبا، مما أثار اهتمام الأوساط البحثية بفضل نهجه العملي والمنخفض التكلفة.
بعيدًا عن كونه مجرد مشروع مدرسي بسيط، يجمع مشروع BURT بين المحاكاة الحيوية والروبوتات والذكاء الاصطناعي في جهاز ذاتي الحركة يتحرك بصمت تحت الماء. استلهم بودز فكرة المشروع من سلوك السلاحف المفترسة في البحيرات العظمى، ساعيًا إلى إيجاد بديل للطائرات المسيّرة التقليدية تحت الماء، والتي غالبًا ما تعتمد على مراوح صاخبة قد تضر بالنظم البيئية التي صُممت لدراستها.
سلحفاة آلية مستوحاة من الطبيعة
تعتمد معظم الطائرات المسيّرة التجارية تحت الماء على المراوح للحركة، مما يُولّد ضوضاءً، ويُغيّر سلوك الأسماك والكائنات الحية الأخرى، وقد يُلحق الضرر بالبيئات الهشة كالشعاب المرجانية أو المياه العذبة. وبعد أن لاحظ إيفان بودز كيف تتحرك السلاحف بخفة تامة في البحيرات العظمى، خطرت له فكرة بسيطة لكنها فعّالة: محاكاة أسلوب سباحتها.
والنتيجة هي روبوت "بيرت"، الذي يستخدم نظام زعانف مرنة بدلاً من محركات المراوح . تحاكي هذه الزعانف حركة السلاحف الحقيقية، مما يسمح بحركة سلسة وهادئة. هذا الاختلاف، الذي قد يبدو بسيطاً، أساسي في العمل العلمي لأنه يمكّن الباحثين من دراسة البيئة تحت الماء دون إزعاج الكائنات الحية أو تغيير المعايير التي يرغبون في قياسها.
بفضل تصميمها المحاكي للطبيعة، تستطيع روبوتات BURT التحرك في كل من الشعاب المرجانية وموائل المياه العذبة ، مجتازةً المناطق الحساسة دون إحداث اضطراب مفرط أو ضوضاء ميكانيكية. وهذا ما يجعلها أداةً بالغة الأهمية لمشاريع الحفاظ على البيئة البحرية ومراقبة النظم البيئية الهشة.
ومن السمات التصميمية الرئيسية الأخرى أن الروبوت مصمم للعمل بشكل مستقل وثابت تحت الماء ، متجنباً الحركات المفاجئة أو غير المتوقعة. هذا الثبات الملاحي ضروري لجمع بيانات عالية الجودة والحصول على صور أو قياسات قابلة للمقارنة بمرور الوقت.
الذكاء الاصطناعي لمراقبة التلوث في الوقت الفعلي
رغم أن مظهر BURT الخارجي لافت للنظر لتشابهه مع السلحفاة، إلا أن القفزة التكنولوجية الحقيقية تكمن في داخله . فقد قام الشاب الكندي بدمج نظام تعلم آلي مباشرة في الروبوت، مما يُمكّنه من معالجة البيانات دون الاعتماد على خوادم خارجية أو اتصالات أرضية مستمرة.
تم تدريب نموذج الذكاء الاصطناعي هذا على تحديد المخلفات البلاستيكية، والأنواع الغازية، وعلامات الإجهاد الحراري ، مثل ابيضاض المرجان. أثناء تحرك الروبوت، يلتقط صورًا وبيانات بيئية يحللها الذكاء الاصطناعي في الوقت الفعلي، مما يُنشئ خريطة للمخاطر الموجودة في المنطقة الخاضعة للمراقبة.
أظهرت الاختبارات التي أجريت باستخدام النظام دقة بنسبة 96٪ في اكتشاف عوامل الخطر هذه ، وهو رقم يضع النموذج الأولي على قدم المساواة مع العديد من الحلول الاحترافية التي تتطلب فرقًا بشرية لمراجعة البيانات بمجرد انتهاء الغوص، بل ويتفوق عليها.
تتيح هذه القدرة التحليلية المدمجة للباحثين والفنيين الحصول على تنبيهات فورية تقريبًا بشأن تغيرات جودة المياه، أو وجود حطام، أو انتشار أنواع ضارة. في الحالات التي يكون فيها وقت الاستجابة حاسمًا، مثل حالات الانسكاب غير المتوقعة أو فترات الإجهاد الحراري، فإن امتلاك معلومات محدّثة يُحدث فرقًا جوهريًا بين الحد من الأضرار والتأخر في التدخل.
علاوة على ذلك، وبفضل عدم حاجتها إلى اتصال دائم بخوادم سطحية قوية، تقلل تقنية BURT من الاعتماد على البنية التحتية المعقدة والمكلفة . وهذا يتيح إمكانية نشر أجهزة متعددة بالتوازي لتغطية مساحات أوسع، وهو ما قد يكون مفيدًا بشكل خاص في الموانئ الكبيرة والمحميات البحرية والمناطق الساحلية الأوروبية المعرضة لنشاط بشري مكثف.
تقنية منخفضة التكلفة لحل مشكلة عالمية
من أبرز الميزات التي أثارت إعجاب المجتمع العلمي أن الروبوت صُنع باستخدام مواد شائعة وأجهزة منخفضة التكلفة . لم يكن لدى "بادز" مختبر جامعي ضخم أو ميزانية بملايين الدولارات، بل مكونات متوفرة بسهولة يمكن لأي شخص العثور عليها في السوق.
يُظهر هذا النهج أن الابتكار في مجال الروبوتات البيئية لا يقتصر بالضرورة على مراكز الأبحاث الكبيرة . فإذا استطاع طالب في المرحلة الثانوية التحقق من صحة نظام بهذه الدقة العالية باستخدام موارد محدودة، فمن المنطقي الاعتقاد بأن العديد من المشاريع المدنية أو التعليمية يمكن أن تحذو حذوه.
يُشكّل الجمع بين المكونات ذات التكلفة المعقولة والذكاء الاصطناعي المتكامل سيناريو مثيرًا للاهتمام لعلوم المواطنين. فبإمكان الجمعيات البيئية، ومجموعات الغوص، والمعاهد، وحتى الحكومات المحلية، في المستقبل، امتلاك أدوات مماثلة لرصد الأنهار، والخزانات، والسواحل، والمناطق البحرية المحمية، دون الاعتماد دائمًا على حملات القياس العرضية.
في السياق الأوروبي، حيث تُعدّ جودة المياه وحماية التنوع البيولوجي البحري من الأولويات التي حددتها تشريعات الاتحاد الأوروبي، تتوافق هذه التقنيات مع استراتيجيات الرصد المستمر التي تتبناها بروكسل. ومن شأن الأنظمة المستقلة والفعّالة من حيث التكلفة أن تُتيح رصدًا مُحسّنًا في المناطق التي يصعب الوصول إليها أو تلك التي تعاني من محدودية الموارد.
وبعيداً عن حالة مشروع BURT تحديداً، يُثير المشروع نقاشاً متزايداً: ما الدور الذي ينبغي أن يلعبه الذكاء الاصطناعي في الحفاظ على كوكب الأرض ؟ على عكس المناقشات التي تركز على مخاطر مكان العمل أو الاستخدام التجاري للذكاء الاصطناعي، تشير مبادرات كهذه إلى تطبيقات ذات تأثير مباشر على حماية البيئة.
من مرآب إلى معرض علمي أوروبي
لم يقتصر عمل إيفان بودز على منطقته المحلية. فقد تم اختيار بيرت لتمثيل كندا في مسابقة الاتحاد الأوروبي للعلماء الشباب (EUCYS)، وهي إحدى أعرق مسابقات الشباب في العلوم والتكنولوجيا.
تجمع هذه المسابقة مشاريع يطورها الطلاب سنويًا في أوروبا ، عارضةً حلولًا مبتكرة في مجالات مثل الهندسة، والطب الحيوي، والفيزياء، والاستدامة. إن حصول روبوت تحت الماء من تصميم مراهق على هذا المستوى من التقدير يُشير إلى إمكاناته كأداة فعّالة لرصد البيئة على نطاق واسع.
بالنسبة لمجتمع الباحثين الذين يركزون على الحفاظ على البيئة البحرية، فإن مثل هذا الجهاز يستجيب لحاجة محددة للغاية : وهي وجود أنظمة قادرة على اكتشاف التغيرات المفاجئة في النظم البيئية في اللحظة التي تحدث فيها، وليس بعد أيام أو أسابيع من معالجة البيانات التي جمعتها سفينة بحثية أو حملة لمرة واحدة.
قد يكون هذا الإطار الزمني حاسماً للتدخل قبل أن يصبح التهديد لا رجعة فيه. إذا طُبقت التقنيات المستوحاة من برنامج BURT بشكل منهجي في المناطق الساحلية الأوروبية، والمحميات البحرية، والمناطق المحمية ، فسيكون من الممكن تعزيز آليات الإنذار المبكر المنصوص عليها في السياسات البيئية للاتحاد الأوروبي.
كما أن الاعتراف الدولي بالمشروع يرسل رسالة إلى المراكز التعليمية والكيانات العلمية الأوروبية: إن دعم مبادرات الشباب في مجال الروبوتات لا يعزز المهن فحسب، بل يمكن أن يترجم أيضًا إلى حلول مفيدة لمشاكل حقيقية، مثل التلوث البحري أو فقدان التنوع البيولوجي.
نافذة على مستقبل الرصد البيئي
هناك جانب آخر من المشروع لا يمكن إغفاله: إمكانية توسيع نطاق هذا النوع من التكنولوجيا . فإذا أثبت مشروع BURT إمكانية بناء روبوت فعال بموارد محدودة، فإن النسخ المحسّنة منه يمكن أن تتضمن مستشعرات إضافية لقياس معايير مثل درجة الحموضة، والملوحة، وتركيز المغذيات، أو وجود المعادن الثقيلة.
في أوروبا، حيث يجري الترويج لنشر شبكات الرصد البحري والساحلي ، يمكن لأسطول من الأجهزة المستوحاة من هذه السلحفاة الآلية أن يُكمّل العوامات والأقمار الصناعية والمحطات الساحلية القائمة. وستوفر هذه المنصات المتنقلة رؤية أكثر تفصيلاً لما يحدث تحت سطح الماء، لا سيما في المناطق التي تعاني من نقص البيانات حاليًا.
علاوة على ذلك، فإن دمج الذكاء الاصطناعي في الروبوت نفسه يُسهّل تصور سيناريوهات تتعاون فيها عدة أجهزة ، تتبادل المعلومات وتنسق مسارات الاستكشاف تلقائيًا. هذا التعاون بين الروبوتات سيمكنها من قطع مسافات أطول دون زيادة ملحوظة في تكاليف التشغيل.
على الصعيد التعليمي، تُظهر مشاريع مثل مشروع Budz أن الروبوتات تحت الماء والذكاء الاصطناعي يمكن أن تصبح أدوات تعليمية فعّالة. في المدارس الثانوية والجامعات الأوروبية، يُمكن أن يُتيح تطوير نماذج أولية مماثلة للطلاب تعلّم البرمجة والإلكترونيات والميكانيكا، وحتى إدارة البيانات البيئية، من خلال منهج عملي للغاية.
في وقت يتسم بتفاقم تغير المناخ، وتلوث البحار والأنهار، والفقدان المتسارع للأنواع، لم يعد امتلاك عيون وآذان مستقلة تحت الماء مجرد فضول تكنولوجي، بل أصبح ضرورة لأولئك الذين يحاولون اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن إدارة النظم البيئية.
ما بدأ بطفل مراهق يراقب السلاحف تسبح في البحيرات العظمى، أصبح تذكيراً بمدى تأثير الجمع بين الفضول والتكنولوجيا المتاحة والذكاء الاصطناعي . لا تمثل السلحفاة الآلية "بيرت" تقدماً في مجال الرصد تحت الماء فحسب، بل تمهد الطريق أيضاً لأشكال جديدة من العلوم التشاركية وأجيال مستقبلية من الروبوتات التي يمكنها مراقبة صحة المياه في كندا وأوروبا وخارجها بصمت.
