مكافحة الميكروبلاستيك باستخدام الذكاء الاصطناعي: رصد فوري لحماية كوكبنا!
تعتبر تلوث البلاستيك تهديدًا كبيرًا لمياهنا والمحيطات. تتخذ كل من كلية الهندسة بجامعة كولومبيا ومدرسة المناخ بجامعة كولومبيا إجراءات حاسمة لمعالجة هذه المشكلة.
تم منح الباحثين بيزهان يان، أستاذ البحث في مرصد لامونت-دوهرتي للأرض، وزوران كوستيك، أستاذ الممارسة المهنية في قسم الهندسة الكهربائية بكلية الهندسة بجامعة كولومبيا، منحة قدرها 2.7 مليون دولار من برنامج المنح البحرية التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) لمشروعهم الأخير “تنظيف ومراقبة نفايات البلاستيك بدقة: حل معزز بالذكاء الاصطناعي لصحة المياه والمحيطات المستدامة”.
تؤكد هذه الجائزة الالتزام الفيدرالي بمعالجة أزمة الحطام البحري. كجزء من جهود NOAA لحماية والحفاظ على الموارد الطبيعية الأمريكية، تدعم هذه الاستثمارات المشاريع المبتكرة التي تعد بحلول مستدامة وطويلة الأمد لمشكلة تلوث البلاستيك المنتشرة. تم اختيار هذا البحث نظرًا لإمكانيته في إحداث تأثير كبير على المستويات المحلية والعالمية.
يجمع مشروعهم بين الخبرات في مجالات العلوم البيئية وتطبيقات الذكاء الاصطناعي والتصميم الميكانيكي ومعالجة الإشارات منخفضة الطاقة والاتصالات ومعالجة الصور والفيديو وتحليل البيانات وإنترنت الأشياء (IoT).
يقول يان: “يمثل المشروع قوة التعاون متعدد التخصصات في معالجة تلوث البلاستيك”. ويضيف: “لقد واجهت الطرق الحالية لجمع البلاستيك تحديات في الكفاءة مما أدى إلى عدم الاستدامة. الحاجة الملحة للتعاون هي السبب الدقيق الذي جعل ثانوس بورسالاس وأنا نشكل شبكة تحليل وتناسب تلوث البلاستيك قبل حوالي ثلاث سنوات”.
يضيف كوستيك: “من الرائع أن أتمكن من التعاون مع خبراء في العلوم البيئية واستخدام خبرتي العلمية والهندسية في الذكاء الاصطناعي ومعالجة الإشارات لصالح قضية هندسية لصالح الإنسانية الصحية”.
جمع نفايات البلاستيك باستخدام الأتمتة المدعومة بالذكاء الاصطناعي
يتناول المشروع تحديًا بيئيًا حرجًا: الكميات الهائلة من نفايات البلاستيك التي تدخل محيطاتنا عبر الأنهار والسواحل. غالباً ما تكافح جامعات النفايات التقليدية للتمييز بين المواد البلاستيكية والحطام الطبيعي، مما يؤدي إلى عدم الكفاءة وزيادة تكاليف الصيانة.
يقود كوستيك الفريق البحثي الذي يجلب ثروة من الخبرات في التعلم العميق وتطبيقات الذكاء الاصطناعي لهذا العمل. مختبر كوستيكس المعروف باسم مختبر تطبيقات الذكاء الاصطناعي والتعلم العميق (AIDL)، يستفيد الآن من هذه التقنيات المتقدمة لمعالجة مشكلة تلوث البلاستيك الملحة.
نظام متقدم للمراقبة والجمع
سيستخدم الجهاز الجديد تقنيات تصوير متقدمة لتمييز المواد البلاستيكية بدقة عن الحطام الطبيعي مثل الأوراق والأغصان. يقول الباحثون إن هذا النهج الانتقائي يعزز فعالية جمع النفايات ويقلل أيضًا الاضطراب البيئي عن طريق الحفاظ على الحطام الطبيعي داخل نظامه البيئي.
بعد تطوير النماذج الأولية، ستخضع لاختبارات صارمة في نهري هادسون وبروكلين لضمان قدرة النظام على التكيف مع ظروف هيدرولوجية متنوعة وفعاليته في السيناريوهات الواقعية.
نتائج مستدامة وتأثير عالمي
ستمكن قدرات المعالجة الموجودة على متن النظام وفي الموقع بشكل كبير تقليل تكاليف الفرز والنقل عن طريق تحديد وجمع نفايات البلاستيك بدقة. يعد قابلية التكنولوجيا للتكيف بتطبيقاتها الواسعة وعداً بتبني واسع النطاق وتوفير كبير للتكاليف.
سوف تؤكد التحليلات البيئية والاقتصادية فوائد هذا الحل المبتكر؛ حيث سيساهم المشروع بشكل فعال في الحدّ من دخول نفايات بلاستيكية إلى المحيطات مما سيخفف توليد الجزيئات الدقيقة والنانوية ويحسن صحة المجاري المائية ويحمي الحياة البحرية.
التركيز على مشاركة المجتمع والتعليم
جانب مهم آخر لهذه المبادرة هو مشاركة المجتمع المحلي؛ حيث ستقوم نيويورك سي جرانت بتطوير مواد تعليمية وأنشطة عملية لزيادة الوعي وتعزيز المشاركة خاصةً بين المجتمعات المحرومة.
تشمل الفرق الأخرى المشاركة بهذا المشروع ثانوس بورسالاس (كلية الهندسة بجامعة كولومبيا)، ونيك فريارسون وجواكوين غوز (مرصد لامونت-دوهرتي للأرض)، وكاثرين بنتنج-هوارث وكاثرين برونيلا (نيويورك سي جرانت).
ثلاثة أشياء يجب معرفتها حول الجزيئات الدقيقة والنانوية:
- وجودها الشامل: تم العثور على الجزيئات الدقيقة – وهي جزيئات صغيرة أقل حجمًا من 5 ملليمترات -في بيئات حول العالم بدءاً من أعماق المحيط وحتى الثلوج القطبية وحتى الهواء الذي نتنفسه والطعام الذي نتناول.
- مخفاة أمام الأنظار: كشفت دراسة حديثة أجراها يان أن مياه الزجاجات يمكن أن تحتوي على مئات الآلاف من جزيئات النانو بلاستيكية لكل لتر.
- ملوثات دائمة: تعتبر الجزيئات الدقيقة مقاومة للغاية للتحلل البيئي ويمكن أن تبقى لعقود طويلة داخل الأنظمة البيئية مما يشكل مخاطر طويلة الأمد للحياة البحرية وسلامة الغذاء.
هذا المشروع المدعوم بواسطة NOAA سيساعد أيضًا بشكل كبير إذا نجح بإقامة نظم ذكية لجمع المواد البلاسيتكية وبالتالي تقليل إدخالها إلى البيئة البحرية بشكل ملحوظ.
