KAUST Discovery - Issue 5 - Arabic

‫اكتشافات كاوست‬ ‫الســنة األولى ‪ ،‬العــدد األول ـ يناير ‪2018‬‬

‫من اإللهام إلى االبتكار‬

‫حدودنا السماء‬

‫تقنيات ناشئة حديثة جاهزة‬ ‫لتغيير طريقة رصدنا لكوكب‬ ‫األرض ص‪19 .‬‬

‫الغوص في‬ ‫أعماق البحر األحمر‬ ‫اكتشاف أسرار أدفأ بحار العالم ص‪29 .‬‬

‫إزالة الماء من الغاز‬

‫ابتكار جديد يتيح إزالة الماء من‬ ‫الغازات بكفاءة عالية ص‪44 .‬‬

‫جدا يكسر حاجز الصوت‬ ‫كبر صوت صغير ًّ‬ ‫ُم ّ‬

‫تصميم مكبر الصوت يسمح لألجهزة الصغيرة أن‬ ‫تنتج أصوات عالية ذات تردد منخفض ص‪15 .‬‬

‫ً‬ ‫مرحبا بكم‬ ‫القراء أ‬ ‫العزاء‬ ‫ن‬ ‫ن‬ ‫بــ� أيديكــم هــذا العــدد‬ ‫يــر� أن أضــع ي‬ ‫ي‬ ‫ت‬ ‫ز‬ ‫ـى‬ ‫الممـ يـ� مــن مجلــة ديســكوفري العلميــة الـ ي‬ ‫تصدرهــا جامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم‬ ‫والتقنيــة «كاوســت»‪ ،‬حيــث نســعى عــى‬ ‫الــدوام إلطالعكــم عــى أبحاثنــا الجديــدة‬ ‫ت‬ ‫يز‬ ‫الــى ُص ِّممــت ل ُتســهم ف ي� عــاج‬ ‫والممــرة‪ ،‬ي‬ ‫ت‬ ‫الــى تواجــه المملكــة العربيــة‬ ‫التحديــات ي‬ ‫الســعودية والعالــم أجمــع‪.‬‬ ‫ففــي هــذا العــدد مــن «اكتشــافات‬ ‫كاوســت» ســوف نشــارككم رؤيــةً متعمقــة‬ ‫ألحــد الكنــوز الطبيعيــة للمملكــة‪ ،‬أال وهــو‬ ‫الحمــر‪ .‬إن أهميــة البحــر أ‬ ‫البحــر أ‬ ‫الحمــر‬ ‫القـ َـدم تعــود إىل كونــه أحــد أهــم طــرق‬ ‫منــذ ِ‬ ‫ف‬ ‫المالحــة الرئيســية ي� العالــم‪ ،‬وإحــدى بوابــات‬ ‫المنطقــة إىل العالــم الخارجــي‪ .‬واليــوم‪،‬‬ ‫تســاعد أبحاثنــا عــن البحــر أ‬ ‫الحمــر المملكــة‬ ‫العربيــة الســعودية والعالــم عــى دراســة‬ ‫تأثـ يـر تغـ ي ُّـر المنــاخ‪ ،‬وفهــم التحــوالت البيئيــة‬ ‫نحــو أفضــل‬ ‫المســتقبلية‪ ،‬واالســتجابة عــى ف ٍ‬ ‫ين‬ ‫القطاعــ�‬ ‫للفــرص االقتصاديــة الناشــئة ي�‬ ‫ف‬ ‫و� القســم الخــاص‬ ‫الصناعــي والحكومــي‪ .‬ي‬ ‫تكيف الشــعاب‬ ‫بهــذا الموضوع‪ ،‬ســتقرأون عــن ُّ‬ ‫المرجانيــة عىل العيــش ف ي� هــذه البيئــة البحرية‬ ‫عاليــة الملوحــة‪ ،‬كمــا ســتتعرفون عــى عمليــة‬ ‫تدويــر الميكروبــات ف� البحــر أ‬ ‫الحمــر‪،‬‬ ‫ي‬ ‫وأهميتهــا كأســاس لشــبكات الغــذاء‪.‬‬ ‫أيضــا‬ ‫ف ي� هــذا العــدد‪ ،‬ســوف تجــدون ً‬ ‫تأث�نــا ف ي� المجــاالت‬ ‫ملهمــة عــن ي‬ ‫ً‬ ‫قصصــا ِ‬ ‫ت‬ ‫الــى تعكــس ت ز‬ ‫الــرام الجامعــة بتطويــر‬ ‫ي‬ ‫ين‬ ‫المعرفــة ش‬ ‫تحســ� حيــاة‬ ‫ون�هــا مــن أجــل‬ ‫ش‬ ‫الب� يــة‪ ،‬مــن حلــول الطاقــة والحوســبة إىل‬ ‫ف‬ ‫تطــورات الخـ بـرات ي� معالجــة المــاء وفهــم‬ ‫مــا يجــري تحــت أ‬ ‫الرض‪ .‬كمــا سنشــارككم‬ ‫تأثــر أعضــاء هيئــة التدريــس‬ ‫قصصــا عــن ي‬ ‫ً‬ ‫والباحثـ ي ن‬ ‫ـ� بالجامعــة وشــغفهم‪ ،‬مثــل قصــة‬ ‫ال�وفيســور محمــد الــداودي‪،‬‬ ‫اكتشــاف ب‬

‫الــذي شن�تــه مجلــة «ســاينس» ‪،Science‬‬ ‫فأوضحــت كيــف طــور هــو وفريقــه جزي ًئــا‬ ‫نحــو‬ ‫يمكنــه إزالــة المــاء مــن الغــاز عــى‬ ‫ٍ‬ ‫يجعــل عمليــات الفصــل الالزمــة لمعالجــة‬ ‫ث‬ ‫الغــاز ث‬ ‫أكــر فاعليــةً‬ ‫وأكــر مالءمــةً ألغــراض‬ ‫المثــرة‬ ‫حمايــة البيئــة‪ .‬ومــن القصــص‬ ‫ي‬ ‫ال�وفيســور عاطــف‬ ‫لالهتمــام ً‬ ‫أيضــا قصــة ب‬ ‫ت‬ ‫ـى تـ شـرح كيــف أنتــج هــو وفريقــه‬ ‫شــميم‪ ،‬الـ ي‬ ‫أ‬ ‫أجهــزة استشــعار بالطباعــة ثالثيــة البعــاد‪،‬‬ ‫يمكنهــا أن تنقــذ الحيــاة عــن طريــق اكتشــاف‬ ‫انــدالع الحرائــق والترسيبــات الصناعيــة‪.‬‬ ‫آمــل‪ ،‬قُراءنــا أ‬ ‫الع ـزاء‪ ،‬أن تســتمتعوا بق ـراءة‬ ‫َّ َ‬ ‫قصصنــا واكتشــافاتنا‪ ،‬وأن تلهمكــم جهودنــا‬ ‫لتطويــر العلــوم والتقنيــة مــن أجــل إحــداث‬ ‫ـ� وعالمــي‪.‬‬ ‫تأثـ يـر محـ ي‬ ‫مع خالص التحية؛‬ ‫نظمي النرص‬ ‫الرئيس المكلف‬

‫«تساعد أبحاثنا عن البحر األحمر المملكة‬ ‫العربية السعودية والعالم على دراسة‬ ‫تغير المناخ‪ ،‬وفهم التحوالت البيئية‬ ‫تأثير ُّ‬ ‫المستقبلية‪ ،‬واالستجابة على نحو أفضل‬ ‫للفرص االقتصادية الناشئة في القطاعين‬ ‫الصناعي والحكومي»‪.‬‬ ‫اكتشافات كاوست ‪di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫‪1‬‬

‫ُيعد تحسين طرق عملية تحلية المياه‪ ،‬وزيادة فرص توفير المياه الصالحة‬ ‫أمرا بالغ األهمية‪ ،‬وبخاصة في المناطق التي تكون بها المياه‬ ‫للشرب ً‬ ‫العذبة شحيحة‪ .‬ويعمل الباحثون في «جامعة الملك عبد الله للعلوم‬ ‫والتقنية» (كاوست) على تحقيق تطورات جديدة في التقنيات التي تقلل‬ ‫وتحسن كفاءة إعادة استخدام المياه‪.‬‬ ‫تكاليف إنتاج المياه الصالحة للشرب‬ ‫ِّ‬

‫‪KAUST / ANASTASIA KHRENOVA‬‬

‫مياه‬ ‫نظيفــة للجميــع‬ ‫تعرف على المزيد‪:‬‬ ‫ّ‬

‫المحتويــات‬ ‫حلول الطاقة‬ ‫تحسن جودة‬ ‫‪ 22‬إضافة بسيطة‬ ‫ّ‬ ‫األغشية الرقيقة‬

‫تساعد مواد كيميائية بسيطة تسمى‬ ‫إيثرات الجليكول على صناعة أفضل‬ ‫طبقات رقيقة من البيروفسكايت‬ ‫للخاليا الشمسية‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫كبيرا‬ ‫نجاحا ً‬ ‫‪ 23‬فكرة جديدة قد تحقق ً‬

‫تمتلك المولدات الكهربائية الهوائية‬ ‫اإلمكانية كمصدر بديل للطاقة في‬ ‫المملكة العربية السعودية‪.‬‬

‫‪ 24‬وميض اليراعات يلهم ابتكار‬ ‫ضوء ليزر نانوي جديد‬

‫تخلق االنبعاثات المتزامنة من رقائق‬ ‫الليزر المبتكرة إمكانيات لشبكات‬ ‫عصبية اصطناعية غير مكلفة‪.‬‬

‫‪ 26‬إطالق أبحاث‬ ‫الوقود المستقبلي‬

‫مزيج بسيط من مكونين هي بدائل‬ ‫جيدة لدراسة الخصائص االشتعالية‬ ‫للجيل القادم من الغاز‪.‬‬

‫استكشاف البحر األحمر‬ ‫‪ 30‬أدفأ مسطح مائي‬

‫يمتلك البحر األحمر أدفأ مياه في األعماق‬ ‫يمتلكها بحر أو محيط بمساحة تبلغ حوالي‬ ‫‪ 440‬ألف كم مربع‪ ،‬لتصل إلى ‪ 21‬درجة‬ ‫مئوية على عمق ‪ 2800‬متر‪.‬‬

‫‪ 32‬توقعات كثيرة حول‬ ‫مستقبل البحر األحمر‬

‫سوف يكون مستقبل البحر األحمر‬ ‫مختلف عن ماضيه ألنه بدأ في اختبار‬ ‫وهناك حاجة لنهج بسيط‬ ‫َ‬ ‫آثار تغير المناخ‪،‬‬ ‫لفهم كيف يمكن للبحر األحمر أن يتكيف‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫‪seigolonhcet gnigremE‬‬ ‫‪mrofsnart ot desiop era‬‬ ‫تمتلك المولدات الكهربائية‬ ‫‪eht evresbo ew woh‬‬ ‫الهوائية‪.h‬اإلمكانية كمصدر‬ ‫‪traE‬‬

‫بديل للطاقة في المملكة‬ ‫العربية السعودية‪.‬‬

‫‪ 36‬هل يمكن أن تتغير الشعب‬ ‫المرجانية مع مرور الزمن؟‬

‫قد يتمكن النظام البيئي للشعاب‬ ‫سريعا مع‬ ‫المرجانية من التكيف‬ ‫ً‬ ‫التغيرات المناخية من خالل ردود‬ ‫الفعل المتأقلمة الطبيعية‪.‬‬

‫‪ 38‬مساعدة الشعاب المرجانية‬ ‫على التأقلم مع الضغط‬

‫تغير الخاليا النباتية الصغيرة داخل‬ ‫األنسجة المرجانية من أيضها حينما‬ ‫تتعرض لملوحة عالية للتعامل بشكل‬ ‫أفضل مع الضغط‪.‬‬

‫تنمية صحة اإلنسان‬

‫‪ 34‬المجتمعات الميكروبية‬ ‫تشهد إعادة تنظيم موسمي‬

‫تؤدي اضطرابات الماء والمواد‬ ‫الغذائية المتوفرة لتغيرات في‬ ‫ميكروبات البحر األحمر‪.‬‬

‫‪ 40‬احتماالت ممكنة لمعالجة‬ ‫السرطان بطب األعشاب‬

‫تظهر النباتات العالجية العشبية‬ ‫المتواجدة في المملكة السعودية أن‬ ‫لديها إمكانيات كعالج السرطان‪.‬‬

‫تيسر‬ ‫‪ 35‬البكتيريا العمالقة ِّ‬ ‫هضم الطحالب‬

‫‪ 41‬احتماالت ممكنة لمعالجة‬ ‫السرطان بطب األعشاب‬

‫تتيح بكتريا عمالقة تكافلية ألسماك‬ ‫التانج بالبحر األحمر التركيز على‬ ‫وجباتها‪.‬‬

‫تساعد مواد مسمارية التغليف المضادة‬ ‫للميكروبات على استشعار ومنع نمو‬ ‫البكتريا على أجهزة األسنان‪.‬‬

‫الخفي في انتشار‬ ‫‪ 42‬النظام‬ ‫ّ‬ ‫الحمض النووي‬

‫‪ 43‬آلية محتملة لمواجهة‬ ‫المم ِرضة في‬ ‫العوامل ُ‬ ‫المحاصيل الزراعية‬

‫يمكن للنباتات إعادة برمجة موادها‬ ‫الجينية لتنظيم ردة فعل دفاعية ضد‬ ‫مسببات األمراض‪ ،‬وقد يكون لها‬ ‫استخدامات في الزراعة‪.‬‬

‫«اكتشافات كاوست»‬ ‫تصدر عن جامعة الملك عبد‬ ‫الله للعلوم والتقنية بالتعاون‬ ‫مع وحدة الشراكة واإلعالم‬ ‫المخصص في ‪Nature‬‬ ‫‪ Research‬التابعة لـ‪Springer‬‬ ‫‪.Nature‬‬ ‫بريد إلكتروني‪:‬‬

‫المواد الذكية‬

‫‪publication@kaust.edu.sa‬‬

‫‪ 44‬نهج أفضل إلزالة‬ ‫الماء من الغاز‬

‫‪www.kaust.edu.sa‬‬

‫موقع إلكتروني‪:‬‬

‫تسمح هياكل الفلزات العضوية‬ ‫المستقرة في الماء بإزالة فعالة للماء‬ ‫من الغازات‪.‬‬

‫‪ 45‬أداة بسيطة للكشف عن‬ ‫الغازات الضارة‬

‫ترتبط الهياكل الفلزية العضوية‬ ‫المسامية مع األقطاب السالبة‬ ‫كهربائيا للتنبيه بمجرد استنشاق‬ ‫ً‬ ‫سلفيد الهيدروجين‪.‬‬

‫نيتشر ريسيرش‪:‬‬

‫– ‪4CRINAN STREET‬‬

‫‪LONDON, N1 9XY, UK‬‬

‫بريد إلكتروني‪:‬‬

‫‪nature@nature.come‬‬

‫موقع إلكتروني‪:‬‬

‫‪www.nature.com‬‬

‫‪ 46‬البحث عن أشباه‬ ‫موصالت من نوع جديد‬

‫يجلب عدم التماثل على جانبي مواد‬ ‫ذرية رقيقة فرص جديدة ألشباه‬ ‫المواصالت‪.‬‬

‫تفسر حركة جزئيات الحمض النووي‬ ‫على ما يبدو بأنها حركة عشوائية‬ ‫تنظيما‪.‬‬ ‫تخفي مسيرة أكثر‬ ‫ً‬

‫اكتشافات كاوست ‪discove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫‪3‬‬

‫المحتويــات‬

‫‪6‬‬

‫فهم أفضل للبنية اإلجتماعية‬ ‫لقرش الحوت‪ ،‬واألهداف البروتينية‬ ‫للعالج الدوائي‪ ،‬والجينات المسببة‬ ‫لألمراض وذلك من خالل التدقيق‬ ‫في بيانات ضخمة‬

‫التنقيب عن البيانات الضخمة‬ ‫‪ 6‬استخدامات هائلة‬ ‫للبيانات الضخمة‬

‫فهم أفضل للبنية اإلجتماعية لقرش‬ ‫الحوت‪ ،‬واألهداف البروتينية للعالج‬ ‫الدوائي‪ ،‬والجينات المسببة لألمراض‬ ‫وذلك من خالل التدقيق في كمية‬ ‫ضخمة من البيانات‪.‬‬

‫‪ 8‬أثر حجم البيانات على دقة‬ ‫التوقعات المناخية والبيئية‬

‫يحسن األسلوب اإلحصائي لتصميم‬ ‫مجموعات البيانات الكبيرة من البيانات‬ ‫المناخية والبيئية‪.‬‬

‫‪ 10‬تقليص حجم‬ ‫البيانات الضخمة‬

‫أداة إحصائية قوية من شأنها التقليل‬ ‫إلى حد كبير من أعباء تحليل البيانات‬ ‫الضخمة‪.‬‬

‫‪ 11‬تغيير أطوار‬ ‫اإلشارات الكهربائية‬

‫يمكن لنوع جديد من المكونات‬ ‫اإللكترونية المكونة من مزيج من‬ ‫مواد البوليمر أن تجعل الدائرة أكثر‬ ‫فاعلية‪.‬‬

‫الحوسبة ألجل المستقبل‬ ‫‪ 12‬أجهزة استشعار ذكية يمكن‬ ‫أن تُ نقذ األرواح‬

‫يمكن ألجهزة االستشعار المتاحة ذات‬ ‫الطباعة ثالثية األبعاد أن تحدد الغازات‬ ‫الضارة‪ ،‬والتغيرات في درجات الحرارة‬ ‫جذريا‬ ‫والرطوبة التي يمكن أن تغير‬ ‫ً‬ ‫في الرصد البيئي‪.‬‬

‫‪ 14‬تعزيز استخدام‬ ‫المغناطيس في مجال الطاقة‬ ‫واإللكترونيات‬

‫استخدام المغناطيس في الوصول‬ ‫ً‬ ‫تحول‬ ‫إلى إلكترونات الوادي قد ُيحدث‬ ‫في قطاع اإللكترونيات‪.‬‬

‫‪ 14‬مستقبل واعد لقطاع‬ ‫الحوسبة بفضل تقنية الذبذبة‬

‫يمكن للبوابة المنطقية الناتجة عن‬ ‫الذبذبة أن تشكل أساس الجيل القادم‬ ‫من أجهزة الحاسوب الفعالة ذات‬ ‫الطاقة المنخفضة‪.‬‬

‫جدا‬ ‫كبر صوت صغير ًّ‬ ‫‪ُ 15‬م ّ‬ ‫يكسر حاجز الصوت‬

‫تصميم مكبر الصوت يسمح‬ ‫لألجهزة الصغيرة أن تنتج أصوات‬ ‫عالية ذات تردد منخفض‪.‬‬

‫االنطالق في مجاالت جديدة‬ ‫‪ 16‬تنبؤات فيزيائية للتكسير‬ ‫الهيدروليكي واستخراج الوقود‬

‫ً‬ ‫أدوارا غير‬ ‫يلعــب الفيزيائيون‬ ‫متوقعة فــي مواجهة تحديات‬ ‫الطاقــة العالمية المســتقبلية خاصة‬ ‫في مجــاالت التقنيات األولية في‬ ‫مجاالت «التصديــع الهيدروليكي»‬ ‫الستخراج النفط‪.‬‬

‫‪2‬‬

‫يناير ‪2018‬‬

‫تحول شامل في كيفية‬ ‫‪ّ 16‬‬ ‫التفكير في التربة‬

‫نظام جديد لتصنيف التربة من‬ ‫شأنه أن يساعد على َفهم خصائص‬ ‫األرض بما يدعم مشاريع الهندسة‬ ‫الجيولوجية‪.‬‬

‫‪ 19‬مراقبة األرض‬ ‫حدودها السماء‬

‫تستعد التقنيات التكنولوجية المنشأة‬ ‫ً‬ ‫حديثا لتغيير كيفية رصدنا لألرض‪.‬‬

‫ُيعد تحقيق استفادة أكبر من ضوء الشمس‬ ‫ً‬ ‫ومستداما‬ ‫بديل‬ ‫مصدرا‬ ‫الوفير بوصفه‬ ‫ً‬ ‫ً‬ ‫أولوية للباحثين في جميع أنحاء‬ ‫ً‬ ‫للطاقة‬ ‫العالم‪ .‬ويعمل خبراء «جامعة الملك عبد الله‬ ‫للعلوم والتقنية» (كاوست) على تحويل‬ ‫الطاقة الشمسية من خالل أبحاث متعددة‬ ‫التخصصات لتوفير فرص قابلة للتطبيق من‬ ‫الناحية االقتصادية‪.‬‬

‫طاقــة ألجل‬ ‫العالــم‬ ‫تعرف على المزيد‪:‬‬ ‫ّ‬

‫المحتويــات‬

‫بخصوص الغالف‬

‫‪56‬‬

‫يوحد نظام حاسوبي جديد األفكار من‬ ‫الرسومات الحاسوبية مع الهندسة المدنية‬ ‫لتقليل الوقت وتكاليف بناء المباني‬ ‫المؤسسة على إطر‪.‬‬

‫‪ 48‬إبقاء الحرارة بالخارج‬

‫يمكن أن يفتح فهم األداء‬ ‫الحراري لألسالك النانوية‬ ‫أفاقا جديدة‬ ‫ً‬ ‫لمعدن النيتريد‬ ‫من اإللكترونيات البصرية‪.‬‬

‫‪ 51‬تعزيز فعالية األجهزة‬ ‫اإللكترونية المشعة للضوء‬

‫تحقيق مكاسب في الكفاءة من خالل‬ ‫ضبط خواص مواد شبه موصلة بالجمع‬ ‫بين طبقات ذات تركيبات مختلفة‪.‬‬

‫‪ 50‬طاقات جديدة في مجال‬ ‫استشعار الغازات‬

‫قد يؤدي لوح شبه موصل رقيق‬ ‫جدا يوضح الخصائص اإللكترونية‬ ‫ً‬ ‫لالستجابة للغاز إلى تطوير أجهزة‬ ‫جدا للغاز‪.‬‬ ‫استشعار حساسة ً‬

‫‪ 52‬تحقيق أقصى استفادة من‬ ‫ضوء الشمس‬

‫يوضح الغشاء العائم الذي يستخدم‬ ‫ضوء الشمس لتبخير المياه إمكانية‬ ‫تنقية المياه‪.‬‬

‫يعتبر القرش الحوتي هو أكبر أنواع‬ ‫األسماك المعروفة‪ ،‬يبلغ طول أكبر‬ ‫مترا‪ ،‬ووزنها‬ ‫العينات أكثر من ‪ً 14‬‬ ‫أكثر من ‪ 20‬طنً ا‪ .‬هذه المخلوقات‬ ‫غالبا في البحار‬ ‫بطيئة الحركة تعيش ً‬ ‫المفتوحة للمناطق اإلستوائية‬ ‫وتنتقل لمسافات طويلة للتغذية‬ ‫على العوالق‪.‬‬ ‫وتتجمع أسماك القرش الحوتي‬ ‫في أوقات محددة من العام — غير‬ ‫أن الهدف المحدد لهذه التجمعات غير‬ ‫معروف‪ .‬وقد تم توثيق حوالي إثنا عشر‬ ‫موقعا للتجمع في جميع أنحاء العالم‪.‬‬ ‫ً‬ ‫وجد أن معظم أسماك القرش‬ ‫الحوتي في تجمعات البحر األحمر‬ ‫تكون صغيرة السن ومجرد زوار كثيري‬ ‫التنقل‪.‬‬ ‫أحد مشاريع جامعة الملك عبد‬ ‫الله للعلوم والتقنية (كاوست) هي‬ ‫التدقيق في كمية كبيرة من البيانات‬ ‫الجينية للوصول لفهم أفضل للبنية‬ ‫اإلجتماعية لتجمعات القرش الحوتي‪.‬‬ ‫تبحث جامعة كاوست كيف تحافظ‬ ‫هذه األسماك على مستويات عالية‬ ‫من الطاقة عند الغوص لعمق ‪200‬‬ ‫متر من أجل التغذية‪.‬‬ ‫يمتلك كل قرش حوتي مجموعة‬ ‫مميزة من الشرائط والبقع التي تمكن‬ ‫الباحثين من تحديد األفراد‪.‬‬

‫حقوق الغالف‪:‬‬

‫قام بالتصوير‪ :‬تاين سنكلير تايلور‬ ‫قام بالتصميم‪ :‬عمرو رحمة‬

‫االبتكار من خالل التخيل‬ ‫‪ 54‬التصوير المرئي للبيانات‬ ‫يساعد العلم على رؤية ما هو‬ ‫غير متوقع‬

‫يعني التقدم في كيفية تقديم العلم‬ ‫أن األدوات البصرية يمكن أن تلهم‬ ‫البحث‪ ،‬كذلك تسهل وصول نتائجه‬ ‫إلى العالم‪.‬‬

‫‪ 60‬التحديق في لهب‬ ‫الرياح األيونية‬

‫تكشف تصورات جديدة ثالثية األبعاد‬ ‫كيفية إستجابة اللهب للمجاالت‬ ‫الكهربائية والتي يمكن أن تحسن من‬ ‫كفاءة اإلحتراق وتقلل من التلوث‪.‬‬

‫‪4‬‬

‫يناير ‪2018‬‬

‫‪ 56‬تصميم الهياكل‬ ‫الفراغية بشكل انسيابي‬

‫يوحد نظام حاسوبي جديد األفكار من‬ ‫الرسومات الحاسوبية مع الهندسة‬ ‫المدنية لتقليل الوقت وتكاليف بناء‬ ‫المباني مؤسسة على إطر‪.‬‬

‫‪ 58‬نظام السلكي لبث مقاطع‬ ‫الفيديو تحت الماء‬

‫نظام تواصل بصري السلكي تحت‬ ‫الماء لنقل تسجيل فيديو حي عالي‬ ‫الجودة‪.‬‬

‫تتبع ثالثي األبعاد‬ ‫‪ُّ 59‬‬ ‫للجسيمات؟ ثمة تطبيق‬ ‫لتحقيق ذلك‬

‫وضعت آخر تطورات الهواتف الذكية‬ ‫تتبع لجسيم ثالثية األبعاد في أيدي‬ ‫الجماهير‪.‬‬

‫قوة المياه‬ ‫‪ 61‬حل شمسي للقضاء على‬ ‫بكتيريا إي‪ .‬كوالي‬

‫إن معالجة مياه الصرف الصحي‬ ‫وعودا في‬ ‫باإلشعاع الشمسي يظهر‬ ‫ً‬ ‫تقليل ساللتين من اإلي كوالي ولكن‬ ‫تستمر الساللة المقاومة‪.‬‬

‫‪ 62‬المحميات البحرية‬ ‫قد تمثل صمام أمان‬

‫تعتبر مناطق حماية الشواطئ‬ ‫والمحيطات طريقة فعالة لمساعدة‬ ‫المجتمعات البحرية والبشرية للتأقلم‬ ‫على التغير المناخي‪.‬‬

‫‪ 64‬شق جزيئات الماء‬ ‫بتكلفة زهيدة‬

‫معالجة بسيطة للنيكل‬ ‫لتجعله حافز فعال في‬ ‫انشطار الماء‪.‬‬

‫‪MIAKIEVY/ DIGITALVISION VECTORS/ GETTY IMAGES‬‬

‫الــذكاء االصطناعــي الرمــزي‪ ،‬الــذي يبحــث ف ي� كيفيــة صنــع آالت‬ ‫البــر‪« :‬خــال ت‬ ‫الفــرة الماضيــة‪ ،‬مــا ي ن‬ ‫تحــاك ذكاء ش‬ ‫بــ� ‪ 10‬أعــوام‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫عامــا‪ ،‬أتاحــت لنــا االكتشــافات ي� مجــال التكنولوجيــا إنتــاج‬ ‫و‪ً 15‬‬ ‫المزيــد والمزيــد مــن البيانــات»‪ .‬فقــد نـ شـرت عـ شـرات آ‬ ‫الالف مــن‬ ‫ُ‬ ‫الدراســات حــول مــرض الســكري‪ ،‬مــا أدى إىل إنتــاج كميــات كبـ يـرة‬ ‫مــن البيانــات البحثيــة المدونــة عــى قواعــد البيانــات‪ .‬و يتســاءل‬ ‫هونــدورف‪« :‬كيــف يتسـ نـى لنــا ربــط تلــك النتائــج البحثيــة المختلفة‬ ‫معا‬ ‫لتكويــن صــورة شــاملة؟»‪ .‬ســيؤدي دمج هــذه البيانــات وربطهــا ً‬ ‫ين‬ ‫الباحث� إىل وســائل‬ ‫إىل فهــم أفضــل للمــرض‪ ،‬مــا يســاعد ف ي� توجيــه‬ ‫العــاج الممكنــة‪.‬‬ ‫ف‬ ‫إن نظــم الــذكاء االصطناعــي تُســتخدم ي� دراســة المشــكالت‬ ‫ف‬ ‫و� مجــال البيانــات‬ ‫الصحيــة‪ ،‬وإجــراء بحــوث الطــب الحيــوي‪ ،.‬ي‬ ‫الضخمــة‪ ،‬تُســتخدم هــذه النظــم لدمــج كميــات ضخمــة مــن‬ ‫البيانــات وتحديــد أوجــه االتســاق والتناقــض بينهــا‪ ،‬وفــق‬ ‫هونــدورف‪.‬‬ ‫ـوبيا أطلقــوا عليــه‬ ‫وقــد طــور هونــدورف وزمــاؤه بر ً‬ ‫نامجــا حاسـ ًّ‬ ‫اســم ‪ ،PhenomeNet‬يعمــل عــى دمــج البيانــات المتعلقــة‬ ‫الالف مــن الخصائــص الظاهريــة أ‬ ‫بعــرات آ‬ ‫ش‬ ‫للمــراض المرصــودة‬ ‫ئ‬ ‫ش‬ ‫ف ي� ٍّكل مــن‪ :‬الخمـ يـرة والســمك والذبــاب والفــران‪ ،‬وكذلــك البــر‪،‬‬ ‫ت‬ ‫ين‬ ‫ويحــدد أوجــه التشــابه بـ ي ن‬ ‫ال�‬ ‫مجموعت� مــن الســمات‬ ‫ـ�‬ ‫الظاهريــة ي‬ ‫ف‬ ‫تنتــج عــن تفاعــات الجينــات مــع البيئــة‪ .‬ممــا يســاعد ي� تحديــد‬ ‫الجينــات المســؤولة عــن الصابــة أ‬ ‫بالمــراض‪.‬‬ ‫إ‬ ‫ن‬ ‫أمــا زميلــه ف ي� التخصــص ذاتــه شـ يـ� جــاو‪ ،‬فقــد ركــز عــى هــدف‬ ‫مختلــف‪ ،‬هــو تطويــر النمــاذج الحاســوبية‪ ،‬وتقنيــات تعلــم آ‬ ‫اللــة‬ ‫لتحليــل بنيــات ال�وتينــات‪ ،‬وتحديــد أشــكالها ثالثيــة أ‬ ‫البعــاد‪،‬‬ ‫ب‬ ‫وكيفيــة عملهــا‪ ،‬وكيــف يمكــن التحكــم ف ي� ســلوكياتها ضمن الشــبكات‬ ‫الحيويــة المعقــدة‪.‬‬

‫العقاق�‬ ‫تطوير‬ ‫ي‬

‫يقــول جــاو‪« :‬ال أعــرف مــدى قــدرة البيانــات الضخمــة عــى حــل‬ ‫ش‬ ‫مبــا�‪ ،‬ولكــن ي أعلــم يقي ًنــا أنــه إن‬ ‫مشــكالتنا الصحيــة بشــكل‬ ‫كان حــل هــذه المشــكالت وار ًدا‪ ،‬فــإن البيانــات الضخمــة ســتكون‬ ‫جــز ًءا مــن الحــل»‪ .‬فعــى ســبيل المثــال‪ ،‬فــإن التنقيــب ف ي� الكميــات‬ ‫الهائلــة مــن بيانــات أ‬ ‫البحــاث الصيدالنيــة قــد يســاعد ف ي� تطويــر‬ ‫العقاقــر عمليــة مكلفــة‬ ‫شــارحا‪« :‬تطويــر‬ ‫العقاقــر‪ ،‬ويســتطرد‬ ‫ي‬ ‫ي‬ ‫ً‬ ‫للغاية وتســتغرق وق ًتــا طويـ ًـا‪ .‬فلإنتــاج دواء واحد تســتغرق ش�كات‬ ‫أ‬ ‫الدويــة ف ي� المعتــاد ش‬ ‫عــرات الســنوات‪ ،‬ويكلفهــا ذلــك مليــارات‬ ‫أ‬ ‫ف‬ ‫الــدوالرات‪ .‬كمــا أن معــدل الفشــل ي� إنتــاج الدوية مرتفــع للغاية»‪.‬‬ ‫وتســفر عمليــة تطويــر أ‬ ‫الدويــة عــن كميــات ضخمــة مــن البيانــات‬ ‫ُ ِ‬ ‫الحاســوبية والتجريبيــة‪« .‬وبـ ً‬ ‫ـدل مــن اســتبعاد هــذه البيانــات بعــد‬ ‫تطويــر الــدواء‪ ،‬فإنــه مــن المنطقــي تطويــر وبنــاء نمــاذج حاســوبية‬ ‫لالســتخالص الفعــال والتنقيــب عــن بعــض المعرفــة والمعلومــات‬ ‫المهمــة‪ً ،‬‬ ‫أمــا ف ي� إعــادة اســتخدامها لتطويــر أدويــة جديــدة ف ي�‬ ‫المســتقبل»‪ ،‬وفــق جــاو‪.‬‬ ‫ـا‬ ‫ـ‬ ‫نهج‬ ‫طــور جــاو وزمــاؤه‬ ‫مركبــا‪ 1‬ينطــوي عــى القيــاس الطيفــي‬ ‫ً‬ ‫ً‬ ‫نــ� المغناطيــ� النــووي‪ ،‬ونقــل طاقــة الر ي ن‬ ‫بالر ي ن‬ ‫نــ� الفلــوري‬ ‫ي‬ ‫المنبعــث مــن الجــزيء الواحــد‪ ،‬والمحــاكاة باســتخدام الديناميكيــة‬ ‫الجزيئيــة؛ بغيــة اســتقصاء التفاعــات الديناميكيــة بـ ي ن‬ ‫ال�وتينــات‬ ‫ـ� ب‬ ‫الــى تفتقــر إىل هيــاكل ثابتــة ثالثيــة أ‬ ‫البعــاد‪ .‬يقــول جــاو‪�« :‬ف‬ ‫ت‬ ‫ي‬ ‫ي‬

‫أ‬ ‫ال�وتينــات ليســت هيــاكل صلبــة؛ فلديهــا ديناميكيات‬ ‫حقيقــة المــر ب‬ ‫وحركيــات معينــة داخــل أجســامنا‪ .‬ويتطلــب الوصــول إىل التوافــق‬ ‫الصحيــح ن أ‬ ‫وال�وتينــات [المســتهدفة]‪ ،‬أخــذ هــذه‬ ‫بــ� الدويــة ب‬ ‫ي‬ ‫التغــرات البنيويــة ف ي� االعتبــار»‪.‬‬ ‫ي‬ ‫وبفضــل الحاســوب الفائــق «شـ ي ن‬ ‫ـاه� ‪ ،»2‬الــذي تمتلكــه كاوســت‬ ‫ويحتــل المركــز الخامــس عـ شـر بـ ي ن‬ ‫ـ� أرسع حواســيب العالــم‪ ،‬أجــرى‬ ‫فريــق جــاو العديــد مــن نمــاذج المحــاكاة الديناميكيــة الجزيئية عىل‬ ‫ال�وتينــات المســتهدفة‪ ،‬ف ي� محاولــة للوصــول إىل توقعــات موثوقــة‬ ‫ب‬ ‫لتطويــر أ‬ ‫الدويــة‪.‬‬ ‫ف� ي ن‬ ‫ش‬ ‫ـاكا� جوجوبــوري‪ ،‬أســتاذ العلــوم الحيوية ف ي�‬ ‫ي‬ ‫ح�‪ ،‬يســعى تـ أ ي‬ ‫الجامعــة‪ ،‬لتفسـ يـر الصــل التطــوري للشــبكة العصبيــة وتطبيقاتهــا‬ ‫ف� العلــوم الحيويــة ت‬ ‫ال�كيبيــة‪ ،‬لتطويــر الطاقــة الحيويــة‪ .‬وقــد‬ ‫ي‬ ‫اســتخدم جوجوبــوري البيانــات الضخمــة مــع زميليــه‪ ،‬جــاو‬ ‫وهونــدورف‪ ،‬وعلمــاء مــن دول أخــرى‪ ،‬لتطويــر طريقــة فحــص‬ ‫‪2‬‬ ‫البكت�يــة عــى إنتــاج أحمــاض‬ ‫قيــم قــدرة الســاالت ي‬ ‫حاســوبية تُ ِّ‬ ‫دهنيــة حــرة‪ ،‬يمكــن اســتخدامها إلنتاج وقــود حيــوي كثيــف الطاقة‪.‬‬ ‫أخــرا إىل دراســة تسلســل جينــوم أســماك‬ ‫عمــد جوجوبــوري ي أ ً‬ ‫القــرش ُ ت‬ ‫الحمــر‪ ،‬وبالتعــاون مــع مايــكل يب�ومـ ي ن‬ ‫ـ�‪،‬‬ ‫ـو� ف ي� البحــر‬ ‫ِ‬ ‫الحـ ي ّ‬ ‫ف‬ ‫أســتاذ علــوم البحــار ي� الجامعــة‪ ،‬دقق كميــات ضخمة مــن البيانات‬ ‫الجينوميــة وراجعهــا؛ لتســليط الضــوء عــى البـ نـى االجتماعيــة لهــذا‬ ‫ت‬ ‫ـى تســافر ف ي� مجموعــات‪ .‬وركــز الباحثــان عىل‬ ‫النــوع مــن القــروش الـ ي‬ ‫فهــم كيفيــة محافظــة هــذه الثدييــات عــى مســتويات عاليــة مــن‬ ‫الطاقــة ف� حـ ي ن‬ ‫ـ� يتحتــم عليهــا الغــوص ألعمــاق تصــل إىل ‪ 200‬مـ تـر‬ ‫ي‬ ‫بح ًثــا عــن طعامهــا‪.‬‬

‫تطبيقات واســتخدامات‬ ‫البيانــات الضخمــة لها باع في‬ ‫كل العلــوم الحيوية‬ ‫أيضــا ف ي�‬ ‫ال�وفيســور جوجوبــوري شــارك ً‬ ‫الجديــر بالذكــر أن ب‬ ‫ال بم�اطــور اليابـ ن‬ ‫ـا� أكيهيتــو‪ ،‬وهــو باحــث لــه عــدة‬ ‫دراســات مــع إ‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫أ‬ ‫ف‬ ‫معــا جينــات النويــة‬ ‫منشــورات ي� علــوم الســماك‪ .‬إذ حلــا ً‬ ‫أ‬ ‫والميتوكوندريــا ف ي� الســماك القوبيونية (قوبيوناويــات)‪ ،‬لفهم تطور‬ ‫النــواع الجديــدة من هــذه أ‬ ‫أ‬ ‫الســماك نتيجــة لالختالفــات الجغرافية‪.‬‬ ‫‪1. Wu, S., Wang, D., Liu, J., Feng, Y., Weng, J., Li, Y.,‬‬ ‫‪Gao, X., Liu, J. & Wang, W. The dynamic multisite‬‬ ‫‪interactions between two intrinsically disordered‬‬ ‫‪proteins.‬‬ ‫‪Angewandte Chemie 56, 7515–7519 (2017).‬‬ ‫‪2. Motwalli, O., Essack, M., Jankovic, B.R., Ji, B., Liu, X.,‬‬ ‫‪Ansari, H.R., Hoehndorf, R., Gao, X., Arold, S. T., Mineta, K.,‬‬ ‫‪Archer, J.A., Gojobori, T., Mijakovic, I. & Bajic, V.B. In silico‬‬ ‫‪screening for candidate chassis strains of free fatty acid‬‬‫‪producing cyanobacteria. BMC genomics, 18, 33 (2017).‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫‪7‬‬

‫التنقيب في البيانات الضخمة‬

‫استخدامات‬ ‫هائلة للبيانات‬ ‫الضخمة‬

‫قد تؤدي إلى فهم أفضل‬ ‫للبنَ ى االجتماعية ألسماك‬ ‫ِ‬ ‫ي‪ ،‬والبروتينات‬ ‫ِ‬ ‫الحوتِ ّ‬ ‫الق ْرش ُ‬ ‫المستهدفة لتطوير‬ ‫العقاقير العالجية‪ ،‬والجينات‬ ‫المسببة لألمراض‪.‬‬ ‫‪6‬‬

‫يناير ‪2018‬‬

‫‪C E M S E‬‬ ‫الشــخص أو‬ ‫كل َمــن يبحــث عــن إجابــات حــول الطــب‬ ‫ي‬ ‫النســان أو إنتــاج الغــذاء‪ ،‬أو البيئــة وعلومهــا‪ ،‬يـ يِّ‬ ‫ـول‬ ‫صحــة إ‬ ‫وجهــه صــوب البيانــات الضخمــة‪ ،‬وفقًــا لقــول جيمــس‬ ‫كالفــن‪ ،‬نائــب الرئيــس للشــؤون أ‬ ‫ال كاديميــة ف ي� جامعــة‬ ‫الملــك عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة (كاوســت)‪ ،‬فهــو يــرى‬ ‫أن‪« :‬تطبيقــات البيانــات الضخمــة واســتخداماتها لهــا بــاع‬ ‫ف ي� كل العلــوم الحيويــة»‪.‬‬ ‫ف‬ ‫ين‬ ‫الباحثــ� ي� مركــز العلــوم البيولوجيــة‬ ‫ويعمــل عــدد مــن‬ ‫الحاســوبية بالجامعــة عنــد نقطــة التقــاء علــوم الحاســوب مــع‬ ‫العلــوم الحيويــة‪ ،‬بغــرض تحليــل كميــات ضخمــة مــن بيانــات‬ ‫الطــب الحيــوي والتكنولوجيــا الحيويــة وغربلتهــا‪ .‬وتســفر أبحاثهــم‬ ‫مــع أقرانهــم مــن الــدول أ‬ ‫الخــرى عــن مـ ش‬ ‫ـؤ�ات تجيــب عــن بعــض‬ ‫أ‬ ‫الكــرى ف ي� علــوم الحيــاة‪.‬‬ ‫الســئلة ب‬ ‫يقــول عا ِلــم الحاســوب روبــرت هونــدورف‪ ،‬والمهتــم بمجــال‬

‫‪CASPARI/ ISTOCK / GETTY IMAGES PLUS‬‬

‫يينــج صــن‪ ،‬أ‬ ‫الســتاذة المســاعدة ف ي� قســم العلــوم‬ ‫والهندســة الحاســوبية والكهربائيــة والحســابية ف ي�‬ ‫(كاوســت)‪ ،‬وباحــث الدكتــوراة هوانــج هوانــج‪ ،‬الــذي‬ ‫ش‬ ‫جديــدا‬ ‫إحصائيــا‬ ‫نموذجــا‬ ‫معــا‬ ‫ً‬ ‫طــورا ً‬ ‫ً‬ ‫تــرف عليــه‪َّ ،‬‬ ‫ًّ‬ ‫يســتخدم نو ًعا مــن التقريــب يســمى التقريــب الهرمي‬ ‫منخفــض الرتبــة‪ ،‬للتغلــب عــى مشــكلة أ‬ ‫العبــاء‬ ‫بــ�ن‬ ‫الحاســوبية‪ ،‬مــا يوفــر أداة فعالــة للمواءمــة ي‬ ‫الحصائيــة لعمليــات جــاوس‪ ،‬ومجموعــات‬ ‫النمــاذج إ‬ ‫ت‬ ‫كبــرة مــن‬ ‫الــى تحتــوي عــى كميــات ي‬ ‫البيانــات ي‬ ‫القياســات المناخيــة والبيئيــة‪.‬‬ ‫يوضــح هوانــج‪« :‬إحــدى مزايــا طريقتنــا أننــا طبقنــا‬ ‫هرميــا عنــد تركيــب نمــوذج‬ ‫التقريــب منخفــض الرتبــة ًّ‬ ‫ئ‬ ‫ـا�‪ ،‬ممــا جعــل تحليــل كميــات‬ ‫عمليــة جــاوس إ‬ ‫الحصـ ي‬ ‫ضخمــة مــن البيانــات المكانيــة ممك ًنــا دون الحاجة إىل‬ ‫قــدرات حاســوبية كبـ يـرة»‪« .‬ومــع ذلــك‪ ،‬فــإن التحدي‬ ‫الــذي واجهنــاه تمثــل ف ي� االحتفــاظ بدقــة التقديــر‬ ‫مــن خــال اســتخدام نمــوذج التقريــب الفعــال مــن‬ ‫الناحيــة الحاســوبية»‪.‬‬

‫عــاد ًة مــا تكــون الطــرق التقليديــة منخفضــة الرتبــة‬ ‫غالبــا مــا تفتقــر‬ ‫ـوبيا‪ ،‬لكنهــا ً‬ ‫رسيعــة المعالجــة حاسـ ًّ‬ ‫إىل الدقــة‪ .‬لذلــك جعــل الباحثــان التقريــب منخفــض‬ ‫الرتبــة هرميــا‪ ،‬أ‬ ‫المــر الــذي يضمــن أن مصفوفــة‬ ‫ًّ‬ ‫ف‬ ‫التغايُــر المســتخدمة ي� تحديــد الوصــف الكامــل‬ ‫للتبعيــة ف ي� البيانــات المكانيــة ليســت منخفضــة‬ ‫الرتبــة‪ ،‬مــا يجعلهــا رسيعــةً مثــل الطــرق التقليديــة‪،‬‬ ‫ين‬ ‫كبــر لدقتهــا‪.‬‬ ‫مــع‬ ‫تحســ� ي‬ ‫والختبــار أداء النمــوذج‪ ،‬أجــرى الباحثــان تحليــاً‬ ‫عدديًّــا وعمليــات محــاكاة‪ ،‬فوجــدا أن أداء النمــوذج‬ ‫الخــرى أ‬ ‫أفضــل بكثــر مــن النمــاذج أ‬ ‫ال ث‬ ‫كــر شــيو ًعا‪،‬‬ ‫ي‬ ‫ويضمــن ذلــك إمكانية اســتخالص اســتنتاجات موثوقة‬ ‫مــن مجموعــات البيانــات الواقعيــة‪.‬‬ ‫طُبــق النمــوذج عــى مجموعــة بيانــات مكانيــة تضم‬ ‫ن‬ ‫ـو� قيمــة مــن قيم قيــاس رطوبــة ت‬ ‫ال�بة مــن حوض‬ ‫مليـ ي‬ ‫ف‬ ‫ـي� ي� الواليات المتحــدة‪ .‬وتمكن الباحثان‬ ‫نهــر المسيسـ ب ي‬ ‫ئ‬ ‫ـا� لفهم‬ ‫مــن اســتخدام نمــوذج عمليــة جــاوس إالحصـ ي‬ ‫ن‬ ‫ـكا�‪ ،‬والتنبــؤ بالقيــم ف ي� مواقــع لــم يؤخــذ‬ ‫التنــوع المـ ي‬

‫منهــا عينــات‪ .‬مــا أدى إىل فهــم أفضــل للعمليــات‬ ‫الهيدرولوجيــة‪ ،‬بمــا ف ي� ذلــك جريــان الميــاه الســطحي‬ ‫ونشــوء الجفــاف والتقلــب المناخــي للمنطقــة‪.‬‬ ‫تقــول صــن‪« :‬أســفرت أبحاثنــا عــن أداة قويــة‬ ‫ئ‬ ‫حصــا� للبيانــات المكانيــة الضخمــة‪.‬‬ ‫لالســتنباط إال‬ ‫ي‬ ‫فعندمــا يتعــذر إجـراء العمليــات الحســابية الدقيقــة‪،‬‬ ‫يمكــن لعلمــاء البيئــة اســتخدام منهجيتنــا ف ي� معالجــة‬ ‫مجموعــة البيانــات الضخمــة بـ ً‬ ‫ـدل مــن تحليــل عينــات‬ ‫فرعية فقــط‪ ،‬أ‬ ‫المــر الذي يجعلهــا تقنية عمليــة وجذابة‬ ‫تالئم مجموعــة البيانــات المناخيــة والبيئــة الضخمة»‪.‬‬ ‫‪Huang, H. & Sun, Y. Hierarchical low rank‬‬ ‫‪approximation of likelihoods for large‬‬ ‫‪spatial datasets.‬‬ ‫‪Journal of Computational and‬‬ ‫‪Graphical Statistics (2017).‬‬

‫تم تطبيق النموذج على مجموعة من البيانات‬ ‫المكانية لحوض نهر المسيسيبي في الواليات‬ ‫المتحدة من أجل تحسين فهم العمليات‬ ‫الهيدرولوجية والتقلب المناخي للمنطقة‪.‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫‪9‬‬

‫التنقيب في البيانات الضخمة‬

‫أثر حجم البيانات‬ ‫على دقة التوقعات‬ ‫المناخية والبيئية‬ ‫أسلوب إحصائي جديد لنمذجة‬ ‫يحسن من‬ ‫مجموعات البيانات الضخمة‬ ‫ِّ‬ ‫تفسير بيانات المناخ والبيئة‬

‫‪8‬‬

‫يناير ‪2018‬‬

‫‪C E M S E‬‬ ‫طــور باحثــان ف ي� جامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم‬ ‫والتقنيــة (كاوســت) أدا ًة إحصائيــةً جديــد ًة لنمذجــة‬ ‫المجموعــات الضخمــة مــن بيانــات المنــاخ والبيئــة‪،‬‬ ‫وأكــدا أن لهــذه أ‬ ‫الداة تطبيقــات واســعة‪ ،‬ابتــدا ًء‬ ‫مــن التنبــؤ بالطقــس‪ ،‬والتحذيــر مــن الســيول‬ ‫والفيضانــات‪ ،‬ت‬ ‫وحــى إدارة عمليــة الــري‪.‬‬ ‫عــاد ًة مــا تكــون مجموعــات البيانــات الخاصــة‬ ‫بالبيئــة والمنــاخ كبـ يـر ًة للغايــة‪ ،‬وتنطــوي عىل قياســات‬ ‫مســجلة عـ بـر العديــد مــن المواقع وعــى فـ تـرات زمنية‬ ‫طويلــة‪ ،‬وتفــرض هــذه أ‬ ‫الكبــرة لعينــات‬ ‫الحجــام‬ ‫ي‬ ‫البيانــات وارتفــاع أبعادهــا‪ ،‬عر َ‬ ‫وتحديات جســيمة‬ ‫اقيل‬ ‫ٍ‬ ‫الحصائيــة والحاســوبية‪ .‬عــى ســبيل‬ ‫أمــام المعالجــة إ‬ ‫المثــال‪ ،‬تواجه نمــاذج «عمليات جاوس» المســتخدمة‬ ‫ف‬ ‫الحصائيــات المكانيــة‪ ،‬صعوبــةً بالغــة؛ بســبب مــا‬ ‫ي� إ‬ ‫تمثلــه مــن عــبء هائــل عــى المعالجــة الحاســوبية‪،‬‬ ‫وتعتمــد عــى عينــات فرعيــة أو عــى تحليــل البيانــات‬ ‫المكانيــة لمنطقــة تلــو أ‬ ‫الخــرى‪.‬‬ ‫ٍ‬

‫التنقيب في البيانات الضخمة‬

‫ت‬ ‫ـى طورهــا مركــز أبحــاث الحوســبة‬ ‫‪ ExaGeoStat‬الـ ي‬ ‫الفائقــة‪ ،‬إطــار عمــل لحســاب دالــة االحتماليــة‬ ‫القصــوى للمجموعــة الضخمــة مــن بيانــات‬ ‫المنــاخ والبيئــة الجغرافيــة المكانيــة‪ .‬وبإمــكان‬ ‫الطــار تو قُّــع البيانــات المجهولــة أو‬ ‫هــذا إ‬ ‫ً‬ ‫تأثــر أخطــاء‬ ‫تقليــل‬ ‫عــن‬ ‫فضــا‬ ‫المفقــودة‪،‬‬ ‫ي‬ ‫القيــاس الفرديــة‪ ،‬ممــا يتيــح تحليــل البيانــات‬ ‫ئ‬ ‫إحصــا� يُســتخدم‬ ‫وعرضهــا بســهولة ف ي� نمــوذج‬ ‫ي‬ ‫ف ي� تحديــد التوقعــات‪.‬‬ ‫الطــار عــى‬ ‫وقــد طبــق الباحثــون هــذا إ‬ ‫مجموعــة فعليــة ضخمــة مــن البيانــات‪ ،‬تتضمــن‬ ‫معلومــات قيــاس رطوبــة ت‬ ‫ال�بــة مــن حــوض نهــر‬ ‫المسيســي� ف ي� الواليــات المتحــدة‪ ،‬مــا يُســهم‬ ‫بي‬ ‫ف ي� التحليــل الروتيــن ي لمجموعــات البيانــات‬ ‫ين‬ ‫لمتخصصــ� ف ي�‬ ‫ا أل ضخــم ا لمتا حــة لــدى ا‬ ‫الحصــاءات الجغرافيــة المكانيــة‪ ،‬كمــا يمكــن‬ ‫إ‬ ‫الطــار ذاتــه ف ي� مجموعــة واســعة‬ ‫اســتخدام إ‬ ‫مــن التطبيقــات‪ ،‬مثــل تو قُّــع أ‬ ‫الحــوال الجويــة‪،‬‬ ‫ال نــذار‬ ‫وتو قُّــع إنتاجيــة المحاصيــل‪ ،‬ونظــم إ‬ ‫المبكــر للتحذيــر مــن الفيضانــات والجفــاف‪.‬‬

‫«يستطيع هذا اإلطار‬ ‫توقع البيانات المجهولة‬ ‫أو المفقودة‪ ،‬كما يقلل‬ ‫كذلك من تأثير أخطاء‬ ‫القياس الفردية»‪.‬‬

‫‪KAUST‬‬

‫ديفيــد ي ز‬ ‫كــر ‪ ،‬مديــر مركــز أبحــاث الحوســبة‬ ‫ش‬ ‫الفائقــة الــذي ش‬ ‫المــروع‪ ،‬يخطــط‬ ‫يــرف عــى‬ ‫متتبعــا تقنيــة‬ ‫لمزيــد مــن التحســينات المهمــة‪،‬‬ ‫ً‬ ‫الجــر الخطــي‪ ،‬ويقــول‪:‬‬ ‫رسيعــة التطــور ف ي�‬ ‫ب‬ ‫حاليــا عــى تطويــر خوارزميــات إطــار‬ ‫«نعمــل ًّ‬ ‫‪ ExaGeoStat‬مــن خــال تطبيــق نــوع جديــد مــن‬ ‫التقريــب‪ ،‬يســمى التقريــب الهرمــي منخفــض‬ ‫ا لرتبــة ‪ ،‬يقلــل ســعة ا لذا كــرة وا لعمليــا ت‬ ‫الحاســوبية المطلوبــة مــن خــال الســماح‬ ‫ببعــض أ‬ ‫ت‬ ‫الــى يمكــن فهمهــا‬ ‫الخطــاء‬ ‫ي‬ ‫الصغــرة ي‬ ‫وضبطهــا بســهولة»‪.‬‬

‫تغيير أطوار‬ ‫اإلشارات‬ ‫الكهربائية‬ ‫نوع جديد من المكونات اإللكترونية‪،‬‬ ‫مصنــوع مــن مزيــج مــن مــواد‬ ‫بوليمريــة‪ ،‬يعمــل علــى تحســين‬ ‫كفــاءة عمــل الدوائــر الكهربائيــة‬

‫‪C E M S E‬‬ ‫شــهدت طــرق اســتخدام الكهربــاء‬ ‫ض‬ ‫المــا�‬ ‫وتوليدهــا عــى مــدى القــرن‬ ‫ي‬ ‫تغيــرات جوهريــة‪ ،‬ورغــم ذلــك فــإن‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫ت‬ ‫ـى تتحكــم‬ ‫فالعنــارص والمكونــات الساســية الـ ي‬ ‫ي� رسيــان الكهربــاء وتوصيلهــا ظلــت عــى‬ ‫تغيــر‪ .‬ولهــذا‪ ،‬طــور باحثــو‬ ‫حالهــا دون‬ ‫ي‬ ‫جامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة‬ ‫المكونــات‬ ‫مبتكــرا مــن‬ ‫(كاوســت) نو ًعــا‬ ‫ِّ‬ ‫ً‬ ‫يمكنهــا تحسـ ي ن‬ ‫ـ� كفــاءة الدوائــر الكهربائيــة‪.‬‬ ‫ت‬ ‫تتكــون الدوائــر إاللك�ونية مــن ثالثة عنارص‬ ‫أساســية تقليديــة‪ ،‬هــي‪ :‬المقــاوم والمكثــف‬ ‫والشــارة الكهربائية‬ ‫(الم َحـ ّ‬ ‫ـث)‪ .‬إ‬ ‫ووحــدة الحــث ِ‬ ‫ت‬ ‫ـى تمــر عـ بـر هــذه العنــارص تشــهد‬ ‫َ‬ ‫الج ْي ِب َّيــة فالـ ي‬ ‫تغي�ات ي� قوة إشــارتها أو اتســاعها‪ ،‬والتوقيت‬ ‫ي‬ ‫لقمــة الموجــة المعروفــة باســم طــور‬ ‫ـى َّ‬ ‫النسـ ب ي‬ ‫المقــاوم يغـ يـر اتِّســاع إالشــارة فقط‪،‬‬ ‫الموجــة‪ُ .‬‬ ‫فيغــران مــن قيمــة‬ ‫أمــا المكثــف والمحــث‬ ‫ي ِّ‬ ‫طــور الموجــة‪ ،‬ولكــن فقــط بمقــدار ربــع طول‬ ‫الموجــة‪ ،‬أي ‪ 90‬درجــة بالضبــط‪.‬‬ ‫ت‬ ‫تغيــر طــور‬ ‫الــى يمكنهــا‬ ‫ي‬ ‫ِّ‬ ‫المكونــات ي‬ ‫الشــارة الكهربائيــة بمقــدار مختلــف‪ ،‬تُكســب‬ ‫إ‬ ‫الدوائــر الكهربائيــة القــدرة عــى أداء وظائــف‬ ‫أكـ ثـر تنو ًعــا‪ .‬أحــد هــذه المكونــات‪ ،‬المعروف‬ ‫باســم مكثــف ت‬ ‫ال�تيــب الكــري‪ ،‬الــذي عمــل‬ ‫ف‬ ‫عــى تطبيقــه باحــث الدكتــوراة ي� الهندســة‬ ‫أجامــرات أجامباييــف‪ ،‬تحــت‬ ‫الكهربائيــة‬ ‫ي‬

‫ش‬ ‫بــكا� ‪ ،‬وخالــد ســامة‪،‬‬ ‫شإ�اف هــاكان‬ ‫ي‬ ‫وزمالءهمــا‪ .‬يوضــح ســامة‪« :‬اســتخدمنا‬ ‫طريقــةً لصــب المحلــول لتصنيــع مكثفــات‬ ‫ت‬ ‫ال�تيــب الكــري‪ ،‬وهــي طريقــة تتيــح لنــا‬ ‫بســهولة مــزج بوليمـرات مختلفــة وتوفـ يـر آلية‬ ‫لضبــط خصائــص المكثــف»‪.‬‬ ‫ظهــرت ف ي� الســابق عــدة طــرق لتصنيــع‬ ‫مكثــف ت‬ ‫ال�تيــب الكــري‪ ،‬لكــن جميعهــا لــم‬ ‫ُ‬ ‫يخــل مــن عيــوب‪ .‬اســتخدام وســيط ســائل‬ ‫كبــرة‬ ‫عنــارص‬ ‫ينتــج‬ ‫المثــال‪-‬‬ ‫ســبيل‬ ‫عــى‬‫ي‬ ‫ال ت‬ ‫لك�ونيــة‬ ‫ال يمكــن دمجهــا مــع الدوائــر إ‬ ‫ـال‪ ،‬يُفـ تـرض تصنيــع هــذا‬ ‫الدقيقــة‪ .‬بشــكل مثـ ي‬ ‫المكثــف مــن مــادة عازلــة للكهربــاء تتوافــق مع‬ ‫تكنولوجيا لوحــات الدوائــر المطبوعة‪ ،‬وينبغي‬ ‫أن يعمــل هــذا المكثــف عــى نطــاق واســع‬ ‫مــن تــرددات إالشــارات‪ ،‬ويتيــح القــدرة عــى‬ ‫التحكــم ف� تغيــر أ‬ ‫الطــوار‪ ،‬وهــو مــا يُعــرف‬ ‫ي‬ ‫ي‬ ‫باســم زاويــة الطــور الثابــت‪.‬‬ ‫نجــح فريــق الباحثـ ي ن‬ ‫ـ� ف ي� كاوســت ف ي� تصنيع‬ ‫مكثــف ت‬ ‫ال�تيب الكــري باســتخدام بوليمرات‬ ‫مصنوعــة مــن فلوريــد متعــدد الفينيليديــن‪،‬‬ ‫وذلــك بوضــع لــوح رقيــق عــى طبقــة‬ ‫مــن الذهــب عــى ي ز‬ ‫ركــرة مــن الســيليكون‪.‬‬ ‫وحــدد الفريــق نمــط اللــوح الرقيــق وفقًــا‬ ‫للمتطلبــات ثــم ربطــوه بلوحــة الدوائــر‬ ‫ئ‬ ‫ـا�‪ .‬وتحكــم‬ ‫المطبوعــة لتكويــن المكثــف النهـ ي‬ ‫الفريــق ف ي� الخصائــص الكهربائيــة للبوليمــر‬ ‫باســتخدام نهــج بســيط مــن مــزج المحلــول‪،‬‬ ‫ث‬ ‫ت‬ ‫ثــا�‬ ‫إلضافــة مقاديــر مختلفــة مــن‬ ‫مــاد� ي‬ ‫ي‬ ‫ن‬ ‫اليثيلـ ي ن‬ ‫اليثيلـ يـ� أو‬ ‫ـ� وكلــورو فلــورو إ‬ ‫فلــورو إ‬ ‫إحداهمــا‪ .‬واســتطاع الفريــق ضبــط زاويــة‬ ‫الطــور الثابــت ف� أ‬ ‫الجهــزة لتصبــح ي ن‬ ‫بــ� ‪66‬‬ ‫ي‬ ‫و‪ 88‬درجــة مئويــة وفــق تركيبــة المزيــج‪ .‬ومــن‬ ‫المزايــا أ‬ ‫الخرى أن المكثــف اســتطاع العمل ف ي�‬ ‫نطــاق واســع مــن الـ تـرددات يـ تـراوح بـ ي ن‬ ‫ـ� ‪0.1‬‬ ‫و‪ 10‬ميجاهرتــز‪.‬‬ ‫كان الفريــق قــد نجــح قبل ذلــك ف ي� إنشــاء‬ ‫مكثــف ت‬ ‫ال�تيــب الكــري مــن الجر ي ن‬ ‫افــ�‪،‬‬ ‫ولكنهــم كانــوا يــرون أن قــدرة البوليمــرات‬ ‫تغيــر ت‬ ‫كبــرا‪.‬‬ ‫الــرددات تمثــل‬ ‫عــى ي‬ ‫ً‬ ‫تطــورا ي ً‬ ‫يقــول بـ ش‬ ‫ـكا�‪« :‬ســنتجه بعــد ذلك إىل إنشــاء‬ ‫ي‬ ‫نمــاذج لهــذه المكونــات؛ مــن أجــل فهــم‬ ‫خصائصهــا بصــورة أفضــل»‪.‬‬

‫‪Abdulah, S., Ltaief, H., Sun, Y., Genton,‬‬

‫‪Agambayev, A., Patole, S. P., Farhat,‬‬

‫‪M.G. & Keyes, D.E. ExaGeoStat: a high‬‬

‫‪M., Elwakil, A., Bagci, H. & Salama,‬‬

‫‪performance unified framework for‬‬ ‫‪geostatistics on manycore systems.‬‬ ‫‪arXiv:1708.02835v2 [cs.DC] (2017).‬‬

‫‪K. N. Ferroelectric fractional-order‬‬ ‫مزج المواد المصنوعة من البوليمرات بطريقة‬ ‫صحيحة يؤدي إلى إنشاء مكثفات ترتيب كسري‬ ‫تتوافق مع لوحات الدوائر المطبوعة‪.‬‬

‫‪capacitors. ChemElectroChem 4,‬‬ ‫‪2807-2813 (2017).‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪11 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫يدعــم الحاســوب الفائــق شــاهين ‪ 2‬فــي جامعــة الملك عبــد اللــه للعلــوم والتقنية الدراســة المشــتركة من خــال توفيــر تطبيقات الحوســبة عاليــة األداء‪ ،‬وخدمات الدعم‬ ‫والمشــورة االســتراتيجية‬

‫تقليص حجم‬ ‫البيانات الضخمة‬

‫أداة إحصائية قوية من شأنها التقليل إلى حد كبير من أعباء تحليل البيانات الضخمة‬

‫اســتغل باحثــو جامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم‬ ‫والتقنيــة (كاوســت) قــوة الحوســبة عاليــة أ‬ ‫الداء‬ ‫ف ي� تطويــر أداة إحصائيــة جديــدة‪ ،‬يمكنهــا تقليــل‬ ‫تكلفــة تحليــل مجموعــات البيانــات البيئيــة‬ ‫ين‬ ‫وتحســ� دقتــه‪.‬‬ ‫والمناخيــة الضخمــة‬ ‫تتســم غالبــا مجموعــات البيانــات الــىت‬ ‫ً‬ ‫ي‬ ‫تنطــوي عــى معلومــات رصــد البيئــة والمنــاخ‪،‬‬ ‫مثــل درجــة الحــرارة ورسعــة الريــاح ورطوبــة‬ ‫ت‬ ‫نظــرا للدقــة العاليــة‬ ‫ال�بــة‪ ،‬بضخامــة حجمهــا؛ ً‬ ‫للبيانــات المكانيــة‪ .‬وترتفــع تكلفــة تحليــل هــذه‬ ‫المجموعــات ارتفا ًعــا حــا ًّد ا يتناســب طرد يًّــا مــع‬ ‫زيــادة أحجامهــا‪ .‬عــى ســبيل المثــال‪ ،‬عندمــا‬ ‫يزيــد حجــم مجموعــة البيانــات ‪ 10‬أضعــاف‪،‬‬ ‫‪ 10‬يناير ‪2018‬‬

‫‪KAUST / ANASTASIA KHRENOVA‬‬

‫‪C E M S E‬‬

‫الحاســو� ‪ 1000‬ضعــف‪،‬‬ ‫ترتفــع تكلفــة التحليــل‬ ‫بي‬ ‫وتزيــد ســعة الذاكــرة المطلوبــة ‪ 100‬ضعــف‪،‬‬ ‫ال�مجيــات‬ ‫مــا يمثــل ضغطًــا‬ ‫حاســوبيا عــى ب‬ ‫ًّ‬ ‫الحصائيــة القياســية‪.‬‬ ‫إ‬ ‫شــجع ذلــك أ‬ ‫المــر ســامح عبــد هللا‪ ،‬الباحــث‬ ‫ف ي� برنامــج زمالــة مــا بعــد الدكتــوراة ف ي� كاوســت‪،‬‬ ‫عــى تطويــر إطــار برمجيــات مســتقل‪ ،‬مــن خــال‬ ‫التعــاون بـ ي ن‬ ‫ـ� مركــز أبحــاث الحوســبة الفائقــة ف ي�‬ ‫ف‬ ‫ن‬ ‫المتخصصــ� ي� إحصائيــات‬ ‫والخــراء‬ ‫الجامعــة‬ ‫ي‬ ‫ب‬ ‫الديناميكيــات المكانيــة الزمانيــة والبيئــة‪.‬‬ ‫ال�مجــي الجديــد والــذي يحمــل‬ ‫إ‬ ‫الطــار ب‬ ‫اســم ‪ Exascale GeoStatistics‬أو ‪،ExaGeoStat‬‬ ‫يمكنــه معالجــة مجموعــات ضخمــة مــن البيانــات‬ ‫الجغرافيــة المكانيــة للبيئــة والمنــاخ باســتخدام‬

‫معماريــات حاســوبية عاليــة أ‬ ‫الداء‪ ،‬مــع درجــة‬ ‫عاليــة مــن ت ز‬ ‫ال�مجيــات‬ ‫ال�امــن ال توفرهــا ب‬ ‫عالميــا‪.‬‬ ‫الحصائيــة المســتخدمة‬ ‫إ‬ ‫ًّ‬ ‫الحصائيــة‬ ‫ال�مجيــات إ‬ ‫يقــول عبــد هللا‪« :‬أطــر ب‬ ‫الحاليــة غـ يـر قــادرة عــى االســتفادة الكاملــة مــن‬ ‫مجموعــات البيانــات الضخمــة‪ .‬فعــى ســبيل‬ ‫المثــال‪ ،‬العمليــة الحســابية ت‬ ‫الــى يســتغرق‬ ‫ي‬ ‫إجراؤهــا عــاد ًة دقيقــةً واحــدة‪ ،‬قــد تســتغرق ‪17‬‬ ‫أكــر‬ ‫ســاعة‬ ‫تقريبــا إذا كانــت مجموعــة البيانــات ب‬ ‫ً‬ ‫بعـ شـر م ـرات فقــط‪ .‬مــا يــؤدي إىل نتائــج قــارصة‬ ‫بســبب القيــود عــى قــدرة الحوســبة‪ ،‬ممــا اضطــر‬ ‫ين‬ ‫الباحثــ� إىل التحــول ألســاليب تقريــب تؤثــر‬ ‫تفســرهم للنتائــج»‪.‬‬ ‫ســلبا عــى دقــة‬ ‫ي‬ ‫ً‬ ‫الجــر الخطــي‬ ‫ويوفــر اســتخدام برنامــج‬ ‫ب‬

‫جزءا‬ ‫األداة الجديدة يمكن ان تعد ً‬ ‫التوجه نحو إنترنت األشياء‪،‬‬ ‫من‬ ‫ُّ‬ ‫«حيث تتخذ البنية التحتية قرارات‬ ‫ذكية نيابة عن البشر»‪.‬‬

‫العقــدة‬ ‫الشــديدة»‪ .‬ويــرى شــميم أن ُ‬ ‫هــي «أول ُعقــدة استشــعار الســلكية‬ ‫منخفضــة ا لتكلفــة ‪ ،‬ومد مجــة ‪،‬‬ ‫ومن َتجــة بالطباعــة‬ ‫كليــا‪ُ ،‬‬ ‫ومتكاملــة ًّ‬ ‫ثالثيــة أ‬ ‫البعــاد لتطبيقــات الرصــد‬ ‫ئ آن‬ ‫حاليــا إنتــاج‬ ‫البيــ ي ال ي�»‪ .‬ويجــري ًّ‬ ‫العقــد عــن طريــق الجمــع ي ن‬ ‫بــ�‬ ‫ُ‬ ‫الطباعــة ثالثيــة أ‬ ‫البعــاد والطباعــة‬ ‫نظــرا ألنــه ال تتوافــر‬ ‫بنفــث‬ ‫ب‬ ‫الحــر؛ ً‬ ‫أ‬ ‫حاليــا طابعــة ثالثيــة البعــاد يمكنهــا‬ ‫ًّ‬ ‫ترســيب كل المــواد المطلوبــة بدقــة‬ ‫لطباعــة التصميــم المعقــد‪ .‬إال أنــه‬ ‫رسعــان مــا ســيمكن صنعهــا بواســطة‬ ‫آلــة واحــدة‪ ،‬وهــو مــا سـ ُـيقلل الوقــت‬ ‫الــذي تســتغرقه عمليــة التصنيــع عــى‬ ‫كبــر‪.‬‬ ‫نحــو ي‬ ‫ٍ‬ ‫الخطــوة التاليــة هــي دمــج مصــدر‬ ‫ذاتيا‬ ‫للطاقــة يجعــل ُ‬ ‫العقــد مســتدامة ًّ‬ ‫ف ي� المواقــع النائيــة‪ .‬يقــول شــميم‬ ‫بحمــاس‪« :‬لقــد ظهــرت بالفعــل‬ ‫الح�‪.‬‬ ‫خاليــا شمســية مطبوعــة بنفــث ب‬ ‫ونرغــب ف ي� نهايــة المطــاف ف ي� التخ ُّلــص‬ ‫مــن البطاريــة كل ًِّّيــا»‪.‬‬ ‫وعــن طريــق التخلُّــص مــن‬

‫البطاريــة‪ ،‬إىل جانــب توســيع نطــاق‬ ‫والنتــاج الضخــم لرقائــق‬ ‫التصنيــع‪ ،‬إ‬ ‫مصممــة َو فــق ا لطلــب لتحــل‬ ‫ّ‬ ‫ال ت‬ ‫لك�ونيــة‪،‬‬ ‫محــل لوحــات الدوائــر إ‬ ‫ســتنخفض تكلفــة ُعقــدة االستشــعار‬ ‫إىل أقــل مــن دوالر واحــد‪ ،‬وهــو ثمــن‬ ‫زهيــد ندفعــه مقابــل تقنيــة يُمكنهــا أن‬ ‫الالف مــن أ‬ ‫تنقــذ مئــات آ‬ ‫الرواح‪.‬‬ ‫ُ‬

‫ُعقد استشعار السلكية‬ ‫يمكن التخلص منها بعد‬ ‫االستخدام قام بتطويرها‬ ‫علماء من كاوست ُيمكن‬ ‫استخدامها ألغراض‬ ‫اإلنذار المبكر في حاالت‬ ‫التسربات الصناعية‬ ‫وحرائق الغابات‪.‬‬

‫‪1‬‬

‫‪Farooqui, M.F., Karimi, M.A.,‬‬

‫‪3‬‬

‫‪Salama, K.N. & Shamim,‬‬ ‫‪A. 3D-printed disposable‬‬ ‫‪wireless sensors with‬‬

‫‪ .2‬أداة استشعار الغاز‬ ‫‪ CNT‬مصنوعة بنفث‬ ‫الحبر‬ ‫‪ .3‬أداة استشعار درجات‬ ‫الحرارة ‪PEDOT:PSS‬‬ ‫مصنوعة بنفث الحبر‬

‫‪integrated microelectronics‬‬ ‫‪for large area environmental‬‬

‫‪ .4‬أداة استشعار درجات‬ ‫الحرارة ‪PEDOT:PSS‬‬ ‫مصنوعة بنفث الحبر‬

‫‪monitoring. Advanced‬‬ ‫‪Materials Technologies 2,‬‬ ‫‪1700051 (2017).‬‬

‫‪2‬‬

‫‪ .1‬هوائي ُمنتَ ج بنفث‬ ‫الحبر‬

‫‪4‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪13 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫حوسبة من أجل المستقبل‬

‫أجهزة استشعار قادرة على الكشف عن‬ ‫والتغيرات في درجات‬ ‫الغازات الضارة‬ ‫ّ‬ ‫الحرارة والرطوبة‪ ،‬تُ نتَ ج باستخدام الطباعة‬ ‫ثالثية األبعاد‪ ،‬وقابلة للتخلص منها بعد‬ ‫االستخدام‪ ،‬يمكنها إحداث تحوال في مجال‬ ‫الرصد البيئي‪.‬‬

‫‪C E M S E‬‬

‫‪3‬‬

‫‪4‬‬

‫ف‬ ‫النــذار‬ ‫عــد إ‬ ‫ي� حــاالت الطــوارئ‪ ،‬يُ ّ‬ ‫أمــرا أساســ ًّيا للهــروب مــن‬ ‫المبكــر ً‬ ‫الخطــر‪ ،‬كما ف ي� حالــة حرائــق الغابات أو‬ ‫الترسبــات الكيميائيــة‪ .‬وبدافــع تحسـ ي ن‬ ‫ـ�‬ ‫ّ‬ ‫ٍ‬ ‫ث‬ ‫الســامة‪ ،‬يســتخدم فريــق بحــ ي‬ ‫مــن جامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم‬ ‫والتقنيــة (كاوســت) الطباعــة ثالثيــة‬ ‫أ‬ ‫البعــاد لتطويــر نظــام رخيــص الثمــن‬ ‫أ‬ ‫‪1‬‬ ‫وموثــوق بــه للتحذيــر مــن الخطــار‪.‬‬ ‫النــذار المبكــر‬ ‫‪2‬تعتمــد نُظــم إ‬ ‫الحاليــة عــى الرصــد أ‬ ‫بال قمــار‬ ‫الصناعيــة‪ ،‬أو أبــراج المراقبــة‪ ،‬أو‬ ‫أجهــزة االستشــعار الثابتــة مرتفعــة‬ ‫التكلفــة‪ .‬ف ي� المقابــل يعمــل النظــام‬ ‫الــذي طـ ّـوره الفريــق البح ـث ي بقيــادة‬‫عاطــف شــميم‪ -‬بغمــر المناطــق‬ ‫المعرضــة للخطــر بمجموعــات مــن‬ ‫ّ‬ ‫أجهــزة االستشــعار ( ُع َقــد االستشــعار)‬ ‫‪ 12‬يناير ‪2018‬‬

‫رصد بيئي آني‬ ‫قليل من ُعقد‬ ‫االستشعار‬ ‫الثابتة وكثير من‬ ‫ُعقد االستشعار‬ ‫النقالة‬ ‫الالسلكية ّ‬ ‫منخفضة التكلفة‪،‬‬ ‫لرصد مناطق واسعة‬ ‫تصنيع بنفث الحبر‬ ‫باستخدام مواد‬ ‫قليلة التكلفة‬ ‫إنذار مبكر في حاالت‬ ‫الحريق‬ ‫والتسربات الصناعية‬ ‫ّ‬ ‫جهاز استشعار‬ ‫السلكي مدمج‬ ‫كليا‬ ‫متكامل ًّ‬ ‫لرصد درجات‬ ‫الحرارة‪ ،‬والرطوبة‪،‬‬ ‫ومستويات الغاز‬ ‫ألغراض الرصد‬ ‫البيئي‬

‫‪AMR RAHMA/ PARTNERSHIPS & CUSTOM MEDIA NATURE RESEARCH‬‬ ‫‪REPRODUCED WITH PERMISSION FROM REF 1.© FAROOQUI ET AL.‬‬

‫أجهزة‬ ‫استشعار ذكية‬ ‫يمكن أن تُ نقذ‬ ‫األرواح‬

‫ت‬ ‫الــى يمكــن التخلُّــص منهــا بعــد‬ ‫ي‬ ‫الســلكيا بعــدد‬ ‫االســتخدام‪ ،‬وترتبــط‬ ‫ًّ‬ ‫ت‬ ‫طلــق‬ ‫أقــل مــن ُ‬ ‫الــى تُ ِ‬ ‫العقــد الثابتــة ي‬ ‫النــذار‪.‬‬ ‫إ‬ ‫يــرى شــميم ف� أ‬ ‫الداة الجديــدة‬ ‫ي‬ ‫التوجــه الحــال نحــو ت‬ ‫إن�نت‬ ‫جــز ًءا مــن ُّ‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫الشــياء‪« ،‬حيــث تتخــذ البنيــة التحتية‬ ‫ق ـرارات ذكيــة نيابــة عــن البـ شـر»‪.‬‬ ‫ف‬ ‫و� إطــار هــذه الدراســة الــىت‬ ‫ي‬ ‫ي‬ ‫تهــدف إىل إثبــات المفهــوم‪ُ ،‬ص ّممــت‬ ‫صغــرة يمكنهــا‬ ‫أجهــزة استشــعار‬ ‫ي‬ ‫التقــاط ارتفــاع درجــة الحــرارة‬ ‫وانخفــاض نســبة الرطوبــة‪ ،‬وهمــا‬ ‫ســمتان ي ِّ ز‬ ‫مم�تــان لحرائــق الغابــات‪،‬‬ ‫ين‬ ‫الهيدروجــ�‪ ،‬وهــو‬ ‫وكذلــك بك�يتيــد‬ ‫غــاز صناعــي ســام‪ .‬جــرت طباعــة‬ ‫الصغــرة هــذه‬ ‫أجهــزة االستشــعار‬ ‫ي‬ ‫الحــر عــى ُعقــدة حجمهــا‬ ‫بنفــث‬ ‫ب‬ ‫‪3‬‬ ‫‪ 2‬ســم ُمن َتجــة بالطباعــة ثالثيــة‬ ‫أ‬ ‫البعــاد‪ ،‬وتحتــوي عــى بطاريــة‬ ‫ولوحــة دوائــر ت‬ ‫إلك�ونيــة دقيقــة‪ ،‬مــع‬ ‫ف‬ ‫ئ‬ ‫الرســال ي� أي اتجــاه‪.‬‬ ‫هــوا� يُمكنــه إ‬ ‫ي‬ ‫يقــول شــميم إنهــم اســتخدموا‬

‫الطباعــة ثالثيــة أ‬ ‫البعــاد والطباعــة‬ ‫بنفــث الحـ بـر‪ ،‬وهــو مــا يمثــل «الثــورة‬ ‫ف‬ ‫النتــاج الصناعــي»؛ ألنهــا‬ ‫المقبلــة ي� إ‬ ‫تمثــل عمليــات إضافــة‪ ،‬ومــن ثَــم‬ ‫فهــي رسيعــة‪ ،‬ومنخفضــة التكلفــة‪،‬‬ ‫وصديقــة للبيئــة‪ .‬يقــول شــميم‬ ‫موضحــا‪« :‬يجــري ترســيب المــواد‬ ‫ً‬ ‫بكميــات محــددة بدقــة ف ي� المواضــع‬ ‫ف‬ ‫«�‬ ‫المطلوبــة فقــط»‪ .‬ويضيــف‪ :‬ي‬ ‫أ ســا ليب ا لتصنيــع ا لتقليد يــة ‪،‬‬ ‫تُســتخدم كميــات كبـ يـرة مــن المــواد‪،‬‬ ‫تدريجيــا‬ ‫ثــم تتــم إزالــة بعضهــا‬ ‫ًّ‬ ‫ئ‬ ‫النهــا�‬ ‫الشــكل‬ ‫للحصــول عــى‬ ‫ي‬ ‫ـدر كبـ يـر‬ ‫ـ‬ ‫ه‬ ‫إىل‬ ‫ـؤدي‬ ‫ـ‬ ‫المطلــوب‪ ،‬ممــا ي‬ ‫ٍ‬ ‫للمــواد»‪.‬‬ ‫العقــدة طالــب‬ ‫صمــم ُ‬ ‫وقــد ّ‬ ‫ق‬ ‫الفــارو�‪ ،‬وجــرى‬ ‫الدكتــوراة محمــد‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫وميدانيــا كذلــك‪.‬‬ ‫ـر‬ ‫اختبارهــا ي� المختـ ب‬ ‫ًّ‬ ‫تجــارب إســقاطها مــن‬ ‫وقــد تحملــت‬ ‫َ‬ ‫أماكــن مرتفعــة وتعريضهــاا لدرجــات‬ ‫حــرارة تصــل إىل ‪ 70‬درجــة مئويــة‪،‬‬ ‫«كاف إلعطاء‬ ‫ووفــق شــميم فــإن هــذا ٍ‬ ‫إنــذار مبكــر ف ي� حــاالت الحرائــق‬

‫‪KAUST‬‬

‫الحاليــة ي ز‬ ‫بمــرة رئيســية‪ ،‬كونهــا ال‬ ‫ن‬ ‫تعــا� مــن مشــكلة التــرب‪ .‬أي‬ ‫ي‬ ‫أنهــا ‪-‬عــى عكــس ت‬ ‫ال�انزســتورات‬ ‫الكهربائيــة‪ -‬تســتهلك طاقــةً فقــط‬ ‫عندمــا تكــون مفعلــة»‪« .‬كمــا أنهــا‬ ‫تتطلــب بوابــات أقــل لــكل وظيفــة‬ ‫حوســبة‪ ،‬ممــا يــؤدي إىل خفــض‬ ‫مســتوى التعقيــد‪ ،‬ويمكــن تصنيعهــا‬ ‫تكامــل أعــى‪ .‬بــل مــن‬ ‫بكثافــة ُ‬ ‫ن‬ ‫تصغــر أبعــاد‬ ‫يتســى‬ ‫المتوقــع أن‬ ‫ي‬ ‫تلــك النظــم وصــوال ً إىل المســتوى‬ ‫الجزيــئ ي »‪.‬‬ ‫ســبق أ ن ُد ِرســت إ مكا نيــة‬ ‫اســتخدام النظــم الكهروميكانيكيــة‬ ‫الصغــرى (‪ )MEMS‬إلجــراء عمليــات‬ ‫المنطــق‪ ،‬ولكــن التحــدي كان ف ي�‬ ‫التوصــل إىل نمــط تشــغيل يســمح‬ ‫ُّ‬ ‫بتوصيــل بوابــات المنطــق مــن نــوع‬ ‫تلــك أ‬ ‫ال نظمــة بالتتابــع؛ إلجــراء‬ ‫وظائــف حســابية‪ .‬ت‬ ‫اقــرح جابــر‬ ‫ويونــس تقنيــة جديــدة إلجــراء‬ ‫عمليــا ت ا لمنطــق با ســتخد ا م‬ ‫تلــك أ‬ ‫النظمــة عــى أســاس خلــط‬ ‫ت‬ ‫ــد بإمكانــات‬ ‫الــرددات‪ ،‬ممــا يَ ِع ُ‬ ‫كبــرة للتتابــع‪.‬‬ ‫ي‬ ‫ش‬ ‫يــرح جابــر‪« :‬نســتخدم إشــارة‬ ‫كمدخــل‪ ،‬ممــا يجعــل‬ ‫كهربائيــة ُ‬ ‫جــدا مربوطــة مــن‬ ‫حزمــة‬ ‫صغــرة ًّ‬ ‫ي‬ ‫تهــر عنــد تــردد رنيــن‬ ‫البوليمــر ت ز‬ ‫ي‬ ‫ُم ي ّ ن‬ ‫تيــارا‬ ‫عــ� »‪« .‬يولّــد ذلــك بــدوره ً‬ ‫حركيــا كإشــارة كهربائيــة لهــا ت‬ ‫الــردد‬ ‫ًّ‬ ‫نفســه‪ ،‬يمكــن بعــد ذلــك توصيلهــا‬ ‫كمدخــل لبوابــة منطقيــة‬ ‫بالتتابــع ُ‬ ‫أخــرى ألنظمــة ‪.»MEMS‬‬ ‫لقــد أثبــت الفريــق البحــث ي إمكانيــة‬ ‫مختلــف العمليــات‬ ‫الحصــول عــى ِ‬ ‫تشــغيل واحــد‪،‬‬ ‫المنطقيــة عنــد تــر ُّدد‬ ‫ي‬ ‫وتلــك خطــوة مهمــة نحــو التتابــع‬ ‫المقبــل ف ي� أنظمة‬ ‫بوصفه إالنجــاز المهم ُ‬ ‫الحوســبة المبنية عــى الر ي ن‬ ‫ن� باســتخدام‬ ‫النظم الكهروميكانيكية الصغرى‪ .‬كما أن‬ ‫بواباتهم المنطقيــة متوافقة مــع تقنيات‬ ‫حاليــا‪.‬‬ ‫التصنيــع المتاحــة ًّ‬ ‫‪Ilyas, S., Jaber, N. & Younis,‬‬ ‫‪M.I. MEMS logic using mixed‬‬‫‪frequency excitation. Journal of‬‬ ‫‪Microelectromechanical Systems‬‬ ‫‪26, 1140-1146 (2017).‬‬

‫جدا‬ ‫كبر صوت صغير ًّ‬ ‫ُم ّ‬ ‫يكسر حاجز الصوت‬ ‫تصميــم مكبــر الصــوت يســمح لألجهــزة‬ ‫الصغيــرة أن تنتج أصــوات عاليــة ذات تردد‬ ‫منخفــض‪.‬‬

‫‪C E M S E‬‬ ‫ت‬ ‫كــر‬ ‫ف ي� أ ي أ‬ ‫وركســرا موســيقية ‪ ،‬تجــد أ ب‬ ‫حجمــا قــا د رة عــى‬ ‫ا أل جهــزة ا لموســيقية‬ ‫ً‬ ‫إ صــدا ر أ خفــض ا لنغمــا ت تــرد ًد ا ؛ فعــى‬ ‫ســبيل المثــال ‪ ،‬ف� عائلــة آ‬ ‫ال الت الوتريــة‪،‬‬ ‫يصــد ر الكَمــان ي أ‬ ‫ت‬ ‫ال َ ْج َهــر (كون�ابــاس ) رني ًنــا‬ ‫ُ ِ‬ ‫بكثــر عمــا هــو الحــال‬ ‫لنغمــات يقــل ترددهــا‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫ـوال أربــع‬ ‫ي� الكمــان‪ ،‬الــذي يصغــره ً‬ ‫حجمــا بحـ ي‬ ‫ش‬ ‫ـ� ء نفســه عــى‬ ‫مــرات إىل خمــس‪ .‬وينطبــق الـ ي‬ ‫الكبــرة‪،‬‬ ‫الصــوت‬ ‫فمكــرات‬ ‫مكــرات الصــوت‪.‬‬ ‫ي‬ ‫بّ‬ ‫بّ‬ ‫ت‬ ‫ـى تُدعــى «ووفــر» مطلوبــة إلصــدار تــرددات‬ ‫الـ ي‬ ‫ف‬ ‫ن‬ ‫مكــرات‬ ‫منخفضــة وواضحــة‪ ،‬ي� ي‬ ‫حــ� تُ ِ‬ ‫صــد ر ب ّ‬ ‫الصغــرة ‪-‬مثــل تلــك الموجــودة ف ي�‬ ‫الصــوت‬ ‫ي‬ ‫غــر ذات‬ ‫عاليــة‬ ‫ضوضــاء‬ ‫الــة‪-‬‬ ‫الجو‬ ‫الهواتــف‬ ‫ي‬ ‫ّ‬ ‫ن‬ ‫ســجلة‪.‬‬ ‫معــى ‪ ،‬تشــوه الموســيقى ُ‬ ‫الم ّ‬ ‫ت‬ ‫اقــرح جايجــون تشــاو ويينــج وو مــن جامعــة‬ ‫الملــك عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة (كاوســت)‪،‬‬ ‫بالتعــاون مــع زميلهمــا ليكــون جانــج مــن جامعــة‬ ‫جديــد ا‪ ،‬يمكنــه‬ ‫مصغــرا‬ ‫جهــازا‬ ‫ميسيســي� ‪،‬‬ ‫ً‬ ‫ً‬ ‫ً‬ ‫بي‬ ‫أصــوات قويــة عميقــة باســتخدام مــا‬ ‫إصــدار‬ ‫ٍ‬ ‫يســمى تقنيــة مــا دون الطــول الموجــي‪.‬‬

‫ويوضــح تشــاو ذلــك بقولــه‪« :‬يجمــع النظــام‬ ‫ت‬ ‫الصــو� التقليــدي ي ن‬ ‫صغــرة‬ ‫مكــرات صــوت‬ ‫ي‬ ‫بــ� ب ّ‬ ‫ي‬ ‫ت‬ ‫كبــرة‬ ‫للــرددات العاليــة‬ ‫ومكــرات صــوت ي‬ ‫بّ‬ ‫ت‬ ‫وال زعــاج‪ -‬للــرددات‬ ‫يتســم حجمهــا بالضخامــة إ‬‫ين‬ ‫الهيــكل‬ ‫الرنــ�‬ ‫اســتخدمنا‬ ‫المنخفضــة»‪« .‬وقــد‬ ‫ي‬ ‫لمكــر صــوت ُمصغّ ــر يعمــل‬ ‫لبنــاء نظــام‬ ‫بّ‬ ‫بجــودة أ‬ ‫ال نــواع التقليديــة نفســها»‪.‬‬ ‫ين‬ ‫الهيــكل الــذي‬ ‫الرنــ�‬ ‫ينطــوي أســلوب‬ ‫ي‬ ‫ت‬ ‫اق�حــه الفريــق البحــث ي عــى وضــع مصــدر‬ ‫ف‬ ‫َقــي ا لشــكل‬ ‫للصــوت ي� محيــط هيــكل حل ّ‬ ‫عــال الكثافــة‪ ،‬تتخللــه‬ ‫مصنــوع مــن نحــاس‬ ‫ي‬ ‫ٍ‬ ‫قنــوات ملفوفــة مملــوءة بالهــواء‪ .‬تُخفــض‬ ‫قنــوات الهــواء الرسعــة الكُليــة للصــوت‪ ،‬ممــا‬ ‫يعــزز أ‬ ‫الصــوات ذات ت‬ ‫الــرددات المنخفضــة‬ ‫ُ ِّ‬ ‫أ‬ ‫أ‬ ‫ويكتــم الصــوات ذات ت‬ ‫الــرددات ال عــى‪.‬‬ ‫ين‬ ‫«رنــ� الهــواء داخــل القنــوات‬ ‫يوضــح وو‪:‬‬ ‫ّ‬ ‫أكــر مــن‬ ‫يحــول‬ ‫ف ي� هــذا التصميــم‪،‬‬ ‫قــدرا ب‬ ‫ِّ‬ ‫ً‬ ‫طاقــة المصــدر الكهربائيــة إىل طاقــة صوتيــة»‪.‬‬ ‫وقــد أظهــرت المحــاكاة الحاســوبية لهــذا‬ ‫التصميــم أن الهيــكل ال يعــزز فقــط أ‬ ‫الصــوات‬ ‫ُ ِّ‬ ‫ذا ت ا ت‬ ‫يضــا‬ ‫لــرد دا ت ا لمنخفضــة ‪ ،‬ولكنــه أ ً‬ ‫ف‬ ‫يُصــدر صوتًــا قو يًّــا ي� كافــة االتجاهــات مــن‬ ‫حولــه‪ .‬وهــذا مــن شــأنه التغلُّــب عــى أحــد‬ ‫جوانــب القصــور أ‬ ‫لمكــرات الصــوت‬ ‫الخــرى‬ ‫بّ‬ ‫التقليديــة؛ إذ تميــل إىل إصــدار الصــوت ف ي�‬ ‫اتجــاه واحــد فقــط‪.‬‬ ‫تمثلــت الخطــوة التاليــة لتشــاو وزمالئــه‪� ،‬ف‬ ‫ي‬ ‫بنــاء واختبــار نســخة حقيقيــة مــن تصميمهــم‬ ‫جوال‬ ‫ـكل ‪ .‬يقــول تشــاو‪« :‬عندمــا يحــاط هاتــف ّ‬ ‫الهيـ ي‬ ‫بالهيــكل‪ ،‬ينبعــث صــوت بقــوة تتجــاوز ‪ 200‬مــرة‬ ‫المنبعــث بــدون الهيــكل»‪« .‬نحــن‬ ‫قــوة الصــوت ُ‬ ‫ســعداء لرؤيــة تصميمنــا يعمــل عــى أرض الواقــع‪،‬‬ ‫ال عــى الــورق فحســب»‪.‬‬ ‫‪Zhao, J., Zhang, L.‬‬ ‫‪& Wu, Y. Enhancing‬‬ ‫‪monochromatic‬‬ ‫‪multipole emission by a‬‬ ‫‪subwavelength enclosure‬‬ ‫‪of degenerate Mie‬‬ ‫‪resonances. The Journal‬‬ ‫‪of the Acoustical Society‬‬ ‫‪of America 142, EL24‬‬ ‫‪(2017).‬‬ ‫صمم‬ ‫الم ّ‬ ‫رســم تخطيطي للهيــكل ُ‬ ‫لتغييــر البيئــة المحيطة بمصدر‬ ‫للصوت‪ُ .‬يعــزِّ ز الهيكل بدرجة‬ ‫كبيرة قوة األصــوات المنبعثة‬ ‫بتــرددات منخفضة‪.‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪15 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫حوسبة من أجل المستقبل‬

‫تعزيز استخدام المغناطيس في‬ ‫مجال الطاقة واإللكترونيات‬

‫ا ســتخد ا م ا لمغنا طيــس فــي ا لو صــو ل إ لــى‬ ‫ً‬ ‫تحــول فــي قطــاع‬ ‫إلكترونــات الــوادي قــد ُيحــدث‬ ‫ا إل لكتر و نيــا ت ‪.‬‬

‫‪P S E‬‬ ‫ت‬ ‫إلك�ونــات الــوادي أو ‪ Valleytronics‬هــو مجــال جديد نـ ش ئ‬ ‫ـا� باعتباره‬ ‫وســيلةً الســتغالل قيم معينــة متطرفة للطاقــة‪ ،‬معروفــة باســم الوديان‬ ‫‪ .valleys‬ويتمتــع هــذا المجــال بإمكانيــة إحــداث ثــورة تحــول ف ي� مجــال‬ ‫إال ت‬ ‫لك�ونيــات التقليديــة‪ ،‬المعتمدة عىل معالجة الجســيمات المشــحونة‬ ‫ت‬ ‫مثــل إاللك�ونــات والفجـوات‪ -‬والتحكُّم بهــا‪ ،‬وكذلك التفـ ّـوق عىل مجال‬‫ت‬ ‫إلك�ونيــات الــدوران ‪ ،Spintronics‬الــذي يعتمــد عــى خاصيــة الــدوران‬ ‫الذاتية للجســيمات‪.‬‬ ‫يعتمــد مجــال ت‬ ‫إلك�ونيــات الــوادي عــى عامل حاســم‪ ،‬هــو حبس‬ ‫ناقــات الشــحنة ف ي� وديــان الطاقــة‪ ،‬غـ يـر أن أعمــال التطويــر تواجــه‬ ‫معوقــات‪ ،‬تتمثــل ف ي� التعقيــد المرتبط بالوصــول إىل حالة اســتقطاب‬ ‫ِّ‬ ‫الــوادي ض‬ ‫ال�ورية‪.‬‬ ‫تم ّكــن العديــد مــن الباحثـ ي ن‬ ‫ـ� مــن توليــد حالــة اســتقطاب إلكـ تـرون‬ ‫ف‬ ‫عــرف باســم «معــادن دايكالكوجينيــد‬ ‫الــوادي ي� أشــباه ِّ‬ ‫موصــات تُ َ‬ ‫االنتقاليــة» (‪ ،transition-metal dichalcogenides (TMD‬ولكــن‬ ‫أ‬ ‫ضوئيــا‬ ‫فاعليــة هــذا النهــج واجهــت صعوبــات؛ لنــه يتطلــب ًّ‬ ‫ضخــا ًّ‬ ‫أ‬ ‫ال ت‬ ‫لك�ونــات إىل‬ ‫ـتمرا‪ ،‬وهــو المــر الــذي يقتـض ي مــن الضــوء ضــخ إ‬ ‫مسـ ًّ‬ ‫مســتوى أعــى مــن الطاقــة‪.‬‬ ‫يقــول أودو شوينجنشــلوجل ‪-‬أســتاذ علــوم وهندســة المــواد ف ي�‬ ‫جامعــة الملــك عبــد العزيــز للعلــوم والتقنيــة (كاوســت)‪« :-‬يمكــن‬ ‫التغلــب عــى هــذه المشــكلة عــن طريــق إنشــاء اســتقطاب دائــم‬ ‫المغناطيــ�»‪.‬‬ ‫للــوادي بواســطة التطعيــم‬ ‫ي‬ ‫والختبار هذه الفرضية‪ ،‬عمل شوينجنشــلوجل والباحث ين�بندرا ســينج‬ ‫ـ� باســتخدام‬ ‫عــى دراســة حوســبية لتأثـ يـر عمليــة التطعيــم المغناطيـ ي‬ ‫الكــروم والفاناديــوم عــى اســتقطاب الـوادي ف� طبقــات ُمفــردة مــن ثـ ن‬ ‫ـا�‬ ‫ي‬ ‫ي‬ ‫االنتقال»‬ ‫بك�يتيد الموليبدينــوم‪ .)MoS2)1‬يتألــف «معدن دايكالكوجينيــد‬ ‫ي‬ ‫ـا� أ‬ ‫ئ‬ ‫البعاد هــذا مــن ذرات موليبدينوم متصلــة بســت ذرات بك�يت‪ ،‬مما‬ ‫ثنـ ي‬ ‫ن‬ ‫ن‬ ‫الك�يت‪.‬‬ ‫ـال محصور ًة بـ يـ�‬ ‫صفيحت� مــن ب‬ ‫ي‬ ‫يُشـكّل صفيحةً من معدن انتقـ ي‬ ‫ـ� أ‬ ‫كان الكروم هو خيار الباحثـ ي ن‬ ‫المغناطيس‪ ،‬إذ‬ ‫التطعيم‬ ‫لعملية‬ ‫ول‬ ‫ال‬ ‫ي‬ ‫ت ن‬ ‫ت‬ ‫و� نفســه للموليبدينــوم‪ .‬وقد اختاروا هــذا المعدن‬ ‫إن لــه ال�كيــب إاللك� ي‬ ‫انيا ‪-‬وهــي حالة تكون فيها‬ ‫للتطعيم معتقدين أنه قد يحفــز اســتقطابًا دور ًّ‬ ‫كل الدورانــات ف ي� االتجاه نفســه‪ -‬ومــن ث ََّم يعزز اســتقطاب الـوادي‪ .‬يغ� أنه‬ ‫ـدل من إحــداث أ‬ ‫بـ ً‬ ‫الثر المطلــوب‪ ،‬الحظ الفريق ِبنية مغناطيســية معقدة‪.‬‬ ‫وف ًقــا لشوينجنشــلوجل‪ ،‬فــإن تش ـكُّل هــذا العــزم الممتــد المثـ يـر‬ ‫للدهشــة يعــارض اســتقطاب الــوادي‪ .‬وقــام الفريــق بتجربــة طبقــة‬ ‫ُمفــردة مــن ‪ MoS2‬مطعمــة بالفاناديــوم‪ ،‬ليجــدوا أن المــادة الناتجــة‬ ‫دائمــا‪.‬‬ ‫أظهــرت اسـ‬ ‫ـتقطاب ٍ‬ ‫واد ً‬ ‫َ‬ ‫‪Singh, N. & Schwingenschlögl, U. A route to permanent‬‬ ‫‪valley polarization in monolayer MoS2. Advanced‬‬ ‫‪Materials 29, 1600970 (2017).‬‬

‫‪ 14‬يناير ‪2018‬‬

‫من اليسار إلى اليمين‪ :‬األستاذ يونس وطالبا الدكتوراة نزار وسعد يفحصون‬ ‫شريحة سيليكون قبل وضعها في حجرة بيئية مغلقة لمزيد من الفحوصات‬ ‫واالختبارات الكهربائية‪.‬‬

‫مستقبل واعد لقطاع الحوسبة‬ ‫بفضل تقنية الذبذبة‬ ‫يمكــن أن تشــكّل البوابــة المنطقيــة التــي تعمــل باالهتــزاز‬ ‫أساســا لجيــل قــادم مــن حواســيب تمتــاز بالكفــاءة وانخفــاض‬ ‫ً‬ ‫اســتهالك الطاقــة‪.‬‬

‫‪P S E‬‬ ‫تز‬ ‫ثمــة مفاتيــح تعمــل‬ ‫باالهــ�از‬ ‫وصــل بالتتابــع‬ ‫ـ� يمكــن أن تُ ّ‬ ‫الميكانيـ ي‬ ‫ألداء عمليــات حســابية معقــدة‪،‬‬ ‫يمكنهــا نقــل الحوســبة إىل آفــاق‬ ‫بكثــر ممــا تتيحــه تقنيــات‬ ‫أبعــد‬ ‫ي‬ ‫اليــوم‪ .‬فقــد أثبــت باحثــو جامعــة‬ ‫الملــك عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة‬ ‫(كاوســت) وجــود بديــل تق ـن ي يســتند‬ ‫تز‬ ‫االهــرازات الميكانيكيــة‪.‬‬ ‫إىل‬ ‫تشــمل معالجــات الحواســيب‬ ‫الدقيقــة الموجــودة داخــل كل‬ ‫جــوال‪ ،‬أو‬ ‫حاســوب‪ ،‬أو هاتــف ّ‬ ‫كر و يــف عــى شــبكا ت‬ ‫فــرن َم ْي ُ‬ ‫حــر ا لعقــل ‪ ،‬تضــم‬ ‫معقــد ة تُ ي ّ‬ ‫ماليــ� أو مليــارات ت‬ ‫ين‬ ‫ال�انزســتورات‬ ‫ا لمجهر يــة – تلــك ا لمفا تيــح‬ ‫ت‬ ‫ـى توصــل التيــار عنــد‬ ‫الكهربائيــة الـ ي‬ ‫شــبك هــذه‬ ‫مــروره ب‬ ‫عــر أطرافهــا‪ .‬تُ ّ‬ ‫ت‬ ‫معــا لبنــاء بوابــات‬ ‫ال�انزســتورات ً‬ ‫ت‬ ‫لــى تــؤدي عمليــات‬ ‫ا لمنطــق ا ي‬ ‫منطقيــة‪ ،‬مثــل عمليــة «و» (عندمــا‬ ‫يكــون كال ا ُلمد خل ي ن‬ ‫فع ً‬ ‫ــا )‬ ‫َــ� ُم ّ‬ ‫أي مــن‬ ‫وعمليــة «أو» (عندمــا يكــون ٌّ‬ ‫المدخل ي ن‬ ‫فع ً‬ ‫ــا )‪ .‬ف ي� المقابــل‪،‬‬ ‫َــ� ُم ّ‬ ‫ُ‬

‫تنتظــم هــذه البوابــات المنطقيــة‬ ‫ضمــن شــبكات أكـ بـر بكثـ يـر للســماح‬ ‫بإجــراء عمليــات معقــدة بشــكل‬ ‫أ‬ ‫ال ت‬ ‫تز‬ ‫لك�ونيــة‬ ‫م�ايــد داخــل الجهــزة إ‬ ‫وا لحواســيب ‪.‬‬ ‫تيــارا‬ ‫كل ترانزســتور يســتهلك‬ ‫ً‬ ‫كهربائيــا ويولِّــد حــرارة‪ ،‬ت‬ ‫حــى‬ ‫ًّ‬ ‫ً‬ ‫مفعــا ‪ ،‬كمــا أن‬ ‫عندمــا ال يكــون‬ ‫ت‬ ‫ال�انزســتورات تقـ تـرب مــن حدودهــا‬ ‫الماديــة لتحقيــق المز يــد مــن‬ ‫التصغــر والكفــاءة‪ .‬لــذا فالبحــث‬ ‫ي‬ ‫قائــم للتوصــل إىل تقنيــة بديلــة‬ ‫لتحــل ف ي� نهايــة المطــاف محــل‬ ‫وتعــر‬ ‫ا تل�ا نزســتور ا لكهربــا ئ ي�‬ ‫بُ‬ ‫بالحوســبة إىل آفــاق المســتقبل‪.‬‬ ‫ســعد إليــاس ون ـزار جابــر‪ ،‬باحثــا‬ ‫الدكتــوراة ف ي� مختـ بـر محمــد يونــس‪،‬‬ ‫أســتاذ الهندســة الميكانيكيــة ف ي�‬ ‫كاوســت‪ ،‬أثبتــا وجــود تقنيــة بديلــة‬ ‫تمتــاز بالكفــاءة والقابليــة للتوســع‪،‬‬ ‫وال تعتمــد عــى اســتخدام التيــار‬ ‫ئ‬ ‫تز‬ ‫اهــرازات‬ ‫الكهربــا� ‪ ،‬لكــن عــى‬ ‫ي‬ ‫دخــات‬ ‫ميكانيكيــة تُ ّ‬ ‫حــث بواســطة ُم َ‬ ‫ت‬ ‫كهربائيــة متعــددة الــرددات‪.‬‬ ‫يوضــح إليــاس‪« :‬تتفــوق أ‬ ‫النظمــة‬ ‫ّ‬ ‫ا لكهروميكا نيكيــة عــى ا لتقنيــة‬

‫النمــوذج عــن طريــق التنبــؤ عــى نحـ ٍـو دقيــق بإنتــاج أربعــة عـ شـر ألــف‬ ‫بـ ئـر غــاز ف ي� الواليــات المتحــدة‪.‬‬ ‫وبوجــه عــام‪ ،‬أظهــرت الدراســة أن نحــو ‪ 10‬إىل ‪ %20‬فقــط مــن الغــاز‬ ‫ف‬ ‫ـ� يجــري اســتخراجه باســتخدام‬ ‫الطبيعــي ي� حقــول التكسـ يـر الهيدروليـ ي‬ ‫ف‬ ‫ن‬ ‫التقنيــات الحاليــة‪ .‬ويشـ يـر هــذا إىل أنــه ي� حـ يـ� يمكــن للتطــورات التقنية‬ ‫الهيدروليــ� كمصــدر‬ ‫التكســر‬ ‫أن تطيــل مــن عمــر اســتخدام عمليــة‬ ‫ي‬ ‫ي‬ ‫مفيــد الســتخراج الوقــود‪ ،‬فــإن تدفــق الغــاز الــذي تنبــأ بــه بعــض رجــال‬ ‫الصناعــة ليــس مضمونــا حـ تـى آ‬ ‫الن‪.‬‬ ‫ً‬

‫إنتاج خليط الرمل والطين‬ ‫يتطلب عملية متشعبة تحت‬ ‫ضغط منخفض لمزج المياه‬ ‫والبوليمر بالرمل‪.‬‬

‫‪TADEUSZ PATZEK‬‬

‫أ‬ ‫ف‬ ‫غــر‬ ‫اســتخراج الغــاز مــن الصخــور ي� الواليــات المتحــدة المريكيــة بتفاصيــل ي‬ ‫مســبوقة”‪ .‬وبـ ً‬ ‫ـدل مــن اســتخدام برامــج محــاكاة آبــار الغــاز الموجــودة بالفعــل‪،‬‬ ‫ت‬ ‫ـى تتضمــن عمليات معقــدة وتســتغرق وق ًتا طويـ ًـا إلجرائهــا‪ ،‬اســتلهم الباحثون‬ ‫والـ ي‬ ‫ف‬ ‫نموذجهــم مــن النمــاذج الرائعــة والبســيطة الموجــودة � ي ز‬ ‫ف�يــاء المــادة المكثفــة‪،‬‬ ‫ي‬ ‫ال ت‬ ‫ت‬ ‫لك�ونــات ف ي� درجــات الح ـرارة المنخفضــة‪.‬‬ ‫ـى تحكــم انتقــال إ‬ ‫مثــل تلــك الـ ي‬ ‫يتطلــب النمــوذج الجديــد عــد ًدا ً‬ ‫جــدا مــن العوامــل لنمذجــة عمليــة‬ ‫قليــا ًّ‬ ‫ـ�‪ ،‬وقــد تحقــق الباحثــون مــن صحــة‬ ‫ـ‬ ‫الهيدرولي‬ ‫اســتخراج الغــاز مــن آبــار التكسـ يـر‬ ‫ي‬

‫أيضــا مؤيـ ًـد ا‬ ‫«أعـ ُّـد نفســي ً‬ ‫ُ‬ ‫بشــدة للحفــاظ علــى البيئــة‪،‬‬ ‫ومــن هــذا المنظــور أقول‬ ‫إن طريقــة العمــل المعتــادة‬ ‫للبشــر توشــك أن تنتهــي»‪.‬‬ ‫ـ� أم المتشـ ي ن‬ ‫وال يــرح باتزيــك بمــا إذا كان مــن المتفائلـ ي ن‬ ‫ـائم� بشــأن‬ ‫ـ�؛ إذ يقــول‪“ :‬لســت هــذا وال ذاك”‪ .‬ويــردف‬ ‫تقنيــة التكسـ يـر الهيدروليـ ي‬ ‫ت‬ ‫ن‬ ‫ـر� للطبيعــة تحكمها عىل نحــو صــارم الكيمياء‬ ‫قائـ ًـا‪“ :‬إنـ ي عا ِلــم‪ ،‬ونظـ ي‬ ‫ن‬ ‫ن‬ ‫يز‬ ‫نفس‬ ‫والف�يــاء الخاصــة بالعمليــات المتوافــرة بـ يـ� أيدينــا‪ .‬إال أنـ ي أ ُعـ ُّـد ي‬ ‫أيضــا مؤيـ ًـدا بشــدة للحفــاظ عــى البيئــة‪ ،‬ومــن هــذا المنظــور أقــول إننا‬ ‫ً‬ ‫بحاجــة إىل تغيـ يـر طريقــة عملنــا”‪.‬‬ ‫الف�يائيـ ي ن‬ ‫وقــد أثبــت باتزيــك وزمــاؤه عــى نحــو قاطــع أن ي ز‬ ‫دور‬ ‫ـ� لهــم ٌ‬ ‫يؤدونــه ف ي� تطويــر نمــاذج عمــل جديــدة لمصــادر الطاقــة المســتقبلية‪.‬‬ ‫‪Marder, M., Patzek, T., & Tinker, S.W. Physics, fracking,‬‬ ‫‪fuel and the future. Physics Today 70, 13-14 (2017).‬‬

‫‪2017 J. CARLOS SANTAMARINA‬‬

‫جرى ضم نطاق واسع من األحجام واألشكال الموجودة في جسيمات التربة إلى نظام التصنيف الجديد‪.‬‬

‫حالة جديدة للمادة‬

‫إننــا نميــل إىل اعتبــار المــادة صلبــةً أو ســائلةً أو‬ ‫غازيــة‪ ،‬إال أن مــواد معينــة ‪-‬مثــل ت‬ ‫ال�بــة‪ -‬قــد تترصف‬ ‫أي مــن تلــك الحــاالت‪ .‬وعىل‬ ‫عــى نحـ ٍـو مختلــف عــن ٍّ‬

‫نحــو غامــض‪ ،‬ويصــف ســانتامارينا ت‬ ‫ال�بــة بأنهــا‪:‬‬ ‫ٍ‬ ‫وغــر مرنــة‪ ،‬ومســامية‪،‬‬ ‫غــر خطيــة‪ ،‬ي‬ ‫«بطبيعتهــا‪ ،‬ي‬ ‫ت‬ ‫فعليــا عــى الضغــط»‪.‬‬ ‫وقابلــة لالخــراق‪ ،‬ومعتمــدة ًّ‬ ‫ت‬ ‫عــرف نظــام ‪ USCS‬أنــواع ال�بــة بنــا ًء عــى‬ ‫ويُ ِّ‬

‫حجــم الجســيمات وخاصيــة اللدونــة‪ ،‬أو عــى‬ ‫كيفيــة تشــكُّلها عنــد مزجهــا بالمــاء‪ .‬ولكــن أنــواع‬ ‫ت‬ ‫ال�بــة يمكــن أن تشــتمل عــى خليــط معقَّــد مــن‬ ‫جســيمات مختلفة الحجــم‪ ،‬إضافــةً إىل أن الفراغات‬ ‫اكتشافات كاوست ‪17 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫استكشاف آفاق جديدة‬

‫توقعات فيزيائية في‬ ‫مجاالت «التصديع‬ ‫الهيدروليكي»‬ ‫الستخراج النفط‬ ‫ً‬ ‫أدوارا غير متوقعة في مواجهة تحديات‬ ‫يلعب الفيزيائيون‬ ‫الطاقة العالمية المستقبلية خاصة في مجاالت التقنيات األولية‬ ‫في مجاالت «التصديع الهيدروليكي» الستخراج النفط‪.‬‬

‫‪P S E‬‬ ‫تعتمــد متطلبــات المجتمعــات مــن الطاقــة بصورة رئيســية عــى النفــط والغاز‪،‬‬ ‫وهــي موارد محــدودة ناضبــة‪ .‬وقد تُسـ ِـهم التقنيات المســتقبلية ف ي� خفض اســتهالك‬ ‫ف‬ ‫الطاقــة‪ ،‬ولكن حـ تـى ذلــك ي ن‬ ‫و� هذا‬ ‫الح�‪ ،‬ال بــد مــن إدارة المــوارد المتاحــةأ بعنايــة‪ .‬ي‬ ‫ـ� النعيمــي لبحــاث وهندســة‬ ‫إ‬ ‫الطــار فيســتخدم تاديــوس باتزيــك ‪-‬مديــر مركــز عـ ي‬ ‫ت‬ ‫ز‬ ‫الف�يــاء لمواجهة‬ ‫البــرول ي� “جامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة” كاوســت‪ -‬ي‬ ‫هــذا التحــدي‪ ،‬وذلــك عــن طريــق نمذجــة إنتــاج الغــاز مــن خــال عمليــة التكسـ يـر‬ ‫الهيدروليك(‪.hydraulic fracturing (Fracking‬‬ ‫ي‬ ‫ين‬ ‫رؤيتــ� لالســتهالك العالمــي للطاقــة‪.‬‬ ‫يصــف باتزيــك وزمــاؤه ف ي� العمــل‬ ‫فيعتقــد الفريــق صاحــب الرؤيــة المتفائلــة أن تعــداد الســكان‪ ،‬واســتهالك الطاقــة‪،‬‬ ‫واالقتصاديــات العالميــة يمكــن أن تســتمر ف ي� النمــو عــى نحــو أس؛ ألن ش‬ ‫البــر‬ ‫ِّ ي‬ ‫ـق آ‬ ‫الخــر يشـ يـر‬ ‫ســيواصلون اخـ تـراع طــرق مبتكــرة مــن أجــل البقــاء‪ .‬غـ يـر أن الفريـ‬ ‫إىل أن كوكــب أ‬ ‫ن‬ ‫الرض يفــرض حــدو ًدا واضحــة عــى النمــو‪ ،‬وهــو مــا يع ـ ي أن إنتــاج‬ ‫ف‬ ‫تدريجيــا‪.‬‬ ‫ذروة مــا قبــل أن يبــدأ ي� االنحــدار‬ ‫الطاقــة ســيصل إىل ٍ‬ ‫ًّ‬ ‫وقــد وصــل إنتــاج النفــط والغــاز بالفعــل إىل عــدة قمــم مــن قبــل‪ ،‬لكــن هــذه‬ ‫القمــم كانــت تختفــي لتظهــر مكانهــا قمــم جديــدة؛ نتيجــة اكتشــاف احتياطيــات‬ ‫جديــدة وابتــكار تقنيــات حديثــة الســتخراج الوقود مــن مناطــق كان يتعــذَّ ر الوصول‬

‫تحول شامل‬ ‫ّ‬ ‫في كيفية‬ ‫التفكير في‬ ‫التربة‬ ‫نظام جديد لتصنيف التربة وأدوات‬ ‫لتطبيقه من شأنه أن يساعد على‬ ‫َفهم خصائص األرض بما يدعم‬ ‫مشاريع الهندسة الجيولوجية‬ ‫‪ 16‬يناير ‪2018‬‬

‫ـ� بالقيعــان القديمــة للمحيطات‪،‬‬ ‫إليهــا من قبــل‪ .‬وتُعــد عمليــة التكسـ يـر الهيدروليـ ي‬ ‫ت‬ ‫ـى تســمى تكوينــات النفــط الصخــري‪ ،‬أكـ ثـر العمليــات تعقيـ ًـدا وإثــار ًة للجــدل‪.‬‬ ‫والـ ي‬ ‫وتتضمــن عمليــة التكســر الهيدروليــ� حقــن الميــاه والرمــال بضغــط مرتفــع �ف‬ ‫ي‬ ‫َ‬ ‫ي‬ ‫طبقــات الصخــر عــى عمــق عــدة كيلوميـ تـرات تحــت ســطح أ‬ ‫الرض‪ ،‬وهــو مــا يصنــع‬ ‫شــقوقًا تخــرج منهــا الهيدروكربونــات المحبوســة داخــل الصخــور‪.‬‬ ‫يقــول باتزيــك‪“ :‬عملــت مــع زميــ� المشـ ي ن‬ ‫ـارك� ف ي� البحــث‪ ،‬ســكوت تينكــر ومايكل‬ ‫ي َّ‬ ‫مــاردر‪ ،‬عــى أحــد مشــاريع مؤسســة ســلون‪ ،‬الــذي كان يهــدف إىل نمذجــة عمليــة‬

‫‪P S E‬‬ ‫ـته� أغلــب الناس بأمــر ت‬ ‫بينما يسـ ي ن‬ ‫ال�بــة وال يقدرونها‬ ‫ف‬ ‫ن‬ ‫مختــر الهندســة‬ ‫الباحثــ� ي�‬ ‫حــق قدرهــا‪ ،‬فــإن‬ ‫ب‬ ‫ي‬ ‫الجيولوجية للطاقــة ف ي� جامعة الملك عبــد هللا للعلوم‬ ‫والتقنيــة (كاوســت) يعرفــون كل ش�ء حرفيا عــن ت‬ ‫ال�بة‪،‬‬ ‫ًّ‬ ‫ي‬ ‫وبــأدق التفاصيــل‪ .‬كمــا أن ألبحــاث هــؤالء العلمــاء‬ ‫ـارا مهمــة عــى مشــاريع جيوتقنيــة متنوعــة‪ ،‬تتضمــن‬ ‫آثـ ً‬ ‫التعديــن‪ ،‬واســتخراج النفــط‪ ،‬وأساســات الجســور‬ ‫أ‬ ‫بالضافــة إىل‬ ‫والبـراج‪ ،‬والهيــاكل الســاحلية والبحريــة‪ ،‬إ‬ ‫أ‬ ‫أ ض‬ ‫ر�‪ ،‬وتصميــم‬ ‫تحليــل النفــاق وظاهــرة الهبــوط ال ي‬ ‫بنيــة تحتيــة مرنــة لمقاومــة الــزالزل‪.‬‬ ‫ال�وفيســور جيــه‪ .‬كارلــوس ســانتامارينا‪،‬‬ ‫قــام ب‬ ‫بالتعــاون مــع باحــث مــا بعــد الدكتــوراة جونبونــج‬ ‫جانــج (الــذي يعمــل آ‬ ‫الن ف ي� هيئــة المســح الجيولوجي‬

‫بالواليــات المتحــدة أ‬ ‫المريكيــة)‪ ،‬وطالــب الدكتــوراة‬ ‫يونجهــي بــارك‪ ،‬بتصميــم نظــام تصنيــف جديــد‬ ‫ألنــواع ت‬ ‫ال�بــة ف ي� العالــم‪ ،‬مــن شــأنه أن يمكّــن‬ ‫ن‬ ‫بدقــة‬ ‫المهندســ� مــن التنبــؤ بخواصهــا وســلوكها‬ ‫ي‬ ‫ٍ‬ ‫أكــر‪ ،‬اســتنا ًدا إىل مقاييــس بســيطة‪.‬‬ ‫ب‬ ‫الحــال‪ ،‬تســتخدم أغلــب الدراســات‬ ‫ف ي� الوقــت‬ ‫ي‬ ‫الجيوتقنيــة حــول العالــم «نظــام تصنيــف ت‬ ‫ال�بــة‬ ‫الموحــد» (‪ ،)USCS‬الــذي يعــود أصلــه إىل تصميــم‬ ‫المجــاالت الجويــة ف ي� أثنــاء الحــرب العالميــة الثانيــة‪.‬‬ ‫ومنــذ ذلــك الحـ ي ن‬ ‫ـ�‪ ،‬جــرى تنقيــح النظــام‪ ،‬وإن لــم‬ ‫ف‬ ‫و� الوقــت نفســه‪ ،‬تراكمــت‬ ‫يتــم تحديثــه بالكامــل‪ .‬ي‬ ‫البيانــات المتعلقــة ت‬ ‫بال�بــة إىل حـ ٍّـد كبـ يـر‪ ،‬وكمــا أوضح‬ ‫فهــم أعمــق لخــواص‬ ‫ســانتامارينا‪« :‬أدى ذلــك إىل ٍ‬ ‫مشــرا إىل الحاجــة إلعــادة‬ ‫الرواســب وســلوكها»‪،‬‬ ‫يً‬ ‫تقييــم شــاملة للنظــام‪.‬‬

‫مراقبة األرض‬ ‫حدودها السماء‬ ‫تقنيات ناشئة حديثة جاهزة لتغيير طريقة رصدنا لكوكب األرض‪.‬‬

‫‪MATTHEW MCCABE‬‬

‫وكذلــك كيفيــة االســتفادة منهــا ف ي� المســتقبل القريب‪.‬‬ ‫‪B E S E‬‬ ‫ـكا�‪« :‬إن أحد أكـ ثـر الجوانب إثــار ًة ف ي� العمل‬ ‫يقول مـ ب‬ ‫ي‬ ‫أ ف‬ ‫تخيل إرســال قمــر صناعي مصنــع ألجلــك خصيىص ف‬ ‫ـال هــو‬ ‫ُ َّ‬ ‫ِ ِّ‬ ‫ي� مجــال رصــد كوكــب الرض ي� الوقــت الحـ ي‬ ‫إىل الفضــاء لدراســة عنــارص محــددة مــن أ‬ ‫النهــار‪ ،‬أو التطــور الــذي وصلــت إليــه التكنولوجيــا»‪ .‬ويضيــف‬ ‫اك�‪ ،‬أو االنهيــارات أ‬ ‫أ‬ ‫ال� ي ن‬ ‫ً‬ ‫الرضية‪،‬‬ ‫واحــدا مــن المجــاالت‬ ‫قائــا‪« :‬يُ َعــد هــذا المجــال‬ ‫النهار الجليديــة‪ ،‬أو ب‬ ‫ً‬ ‫ت‬ ‫أو الممارســات الزراعية‪.‬‬ ‫قيــدا عــى‬ ‫الــى ال تشــكِّل فيهــا التكنولوجيــا ً‬ ‫النــادرة ي‬ ‫لقد تقلصت أحجام وتكاليف المستشــعرات وتقنيات التفكـ يـر العلمــي‪ .‬ف� المـ ض‬ ‫ـا�‪ ،‬كان علينــا أن نقبــل بحلٍّ‬ ‫ـ� جــودة يرصدنــا يلكوكــب أ‬ ‫مكونــات االستشــعار‪ ،‬وأدى وســط بـ ي ن‬ ‫الرض ووتـ يـرة مـرات‬ ‫التصوير الرقمــي ي‬ ‫وغ�هــا من ِّ‬ ‫ف‬ ‫هــذا إىل إحــداث تغيـ يـر جــذري ف ي� التكنولوجيــا المتاحــة الرصــد وتكـراره‪ .‬ومــع التقـ ُّـدم ي� مجــال المستشــعرات‬ ‫الرض خــال الســنوات الخمــس أ‬ ‫لعلمــاء أ‬ ‫أ‬ ‫والنظمــة‪ ،‬فــإن هــذا التعــارض بـ ي ن‬ ‫الخـ يـرة فقــط‪.‬‬ ‫ـ� الخياريــن يــزول‬ ‫ف‬ ‫ويشــر الباحثــون ي� جامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم‬ ‫تدريجيــا‪ .‬إن إمكانيــة ظهــور أبحــاث وتطبيقــات ورؤى‬ ‫ي‬ ‫ًّ‬ ‫والتقنيــة (كاوســت) وزمــاء لهــم حــول العالــم إىل أننــا جديــدة هــي إمكانيــة كبـ يـرة‪ ،‬وال يحدها ســوى خيالنا!»‪.‬‬ ‫عــى أعتاب حقبــة جديــدة ف� مجــال رصــد كوكــب أ‬ ‫الرض‬ ‫ـكا�‬ ‫نتجــت عــن ورشــة العمــل ورقــةٌ بحثيــة كان مـ ب ي‬ ‫ي‬ ‫ــد خريطــةَ‬ ‫طريــق‬ ‫ئيــ� فيهــا‪ ،‬وتُ َع ُّ‬ ‫ودراســته‪ ،‬وقــد حــددوا فالمتطلبــات الالزمــة مــن أجــل هــو الباحــث الر ي‬ ‫ٍ‬ ‫ين‬ ‫والباحثــ�‬ ‫تكنولوجيــةً للطــاب‬ ‫تعظيم الفــرص المتاحــة ي� هــذا المجال‬ ‫ين‬ ‫المســتقبلي� ‪ .‬وتناولــت الورقــة‬ ‫إىل أقــى حـ ٍّـد ممكــن‪.‬‬ ‫طائرة كوادكوبتر تحلق‬ ‫المكانــات‬ ‫ـكا�‬ ‫ـ‬ ‫م‬ ‫ـو‬ ‫ـ‬ ‫ماثي‬ ‫ـى‬ ‫ـ‬ ‫التق‬ ‫ف ي� عــام ‪،2016‬‬ ‫مجموعــةً واســعة مــن إ‬ ‫ب‬ ‫ي‬ ‫فوق حقل زراعي‬ ‫ف‬ ‫خـ بـرا ًء مــن أنحــاء العالم ي� ورشــة عمل صغير‪ .‬إن أحد المخرجات البحثيــة‪ ،‬بــد ًءا مــن اســتغالل وتحليــل‬ ‫ال� تجمعهــا أ‬ ‫ت‬ ‫القمار‬ ‫بجامعــة برنســتون بالواليــات المتحــدة‬ ‫العملية لتلك التقنية‬ ‫البيانات الضخمــة ي‬ ‫أ‬ ‫هو أنظمة جوية ذات‬ ‫الصناعيــة والطائــرات بــدون طيــار‬ ‫المريكيــة؛ بهــدف دراســة الحالــة‬ ‫الراهنــة ف� مجــال رصــد كوكــب أ‬ ‫تكلفة معقولة ومالئمة‬ ‫(‪ ،)UAVs‬وصـ ً‬ ‫ـول إىل مراقبــة أحداث مثل‬ ‫الرض‬ ‫ي‬ ‫لمساحة الحقول‪ ،‬وتوفر‬ ‫آنية‬ ‫ومراقبته‪ .‬ناقشــت المجموعــة التقنيات للمزارعين إمكانية مراقبة الســيول باســتخدام تقنيات فيديــو َّ‬ ‫الحاليــة والناشــئة ف ي� هــذا المجــال‪،‬‬ ‫عاليــة الدقــة‪ .‬وهكــذا‪ ،‬فــإن التقنيــات‬ ‫آنيا‪.‬‬ ‫المحاصيل ًّ‬

‫استكشاف آفاق جديدة‬

‫ﺗﻮاﺻﻞ‬ ‫اﺟﺘﻤﺎﻋ ً ّﻴﺎ‬ ‫ﻣﻊ ﻛﺎوﺳﺖ‬ ‫ﺗﺎﺑﻌﻨﺎ ﻋﻠﻰ وﺳﺎﺋﻞ‬ ‫اﻟﺘﻮاﺻﻞ اﻻﺟﺘﻤﺎﻋﻲ‬

‫‪KAUSTofficial‬‬ ‫‪@KAUST_NewsAR‬‬ ‫‪kaustedu‬‬ ‫‪kaustofficial‬‬

‫بـ ي ن‬ ‫ـ� الجســيمات ليســت خاليــة‪ ،‬إنمــا تكــون مملــوء ًة‬ ‫بســائل أو غــاز أو كليهمــا‪ .‬يقــول ســانتامارينا‬ ‫متحمســا‪« :‬إن وجــود تلــك المــواد بعضهــا مــع‬ ‫ً‬ ‫بعــض يــؤدي إىل حــدوث ظواهــر ناشــئة مدهشــة‪،‬‬ ‫الســالة»‪.‬‬ ‫واســتجابات غامضــة‬ ‫محــرة‪ ،‬مثــل إ‬ ‫ي‬ ‫‪2,1‬‬ ‫ت‬ ‫المنقــح‬ ‫الجديــد‬ ‫بــة‬ ‫ال�‬ ‫تصنيــف‬ ‫إن نظــام‬ ‫ُ‬ ‫ال يأخــذ ف ي� اعتبــاره حجــم الجســيمات فحســب‪،‬‬ ‫تمثيــا ث‬ ‫ً‬ ‫أكــر دقــةً‬ ‫أيضــا‪ ،‬وهــو يوفــر‬ ‫بــل شــكلها ً‬ ‫بــ� أنــواع ت‬ ‫للمناطــق االنتقاليــة ي ن‬ ‫ال�بــة‪ .‬كمــا أنــه‬ ‫ال�بــة أ‬ ‫يُعطــي أهميــةً أكـ بـر لــدور جســيمات ت‬ ‫الصغر‬ ‫حجمــا‪ ،‬الـ تـى تُعــرف باســم دقائــق ت‬ ‫ال�بــة‪ ،‬إضافــةً‬ ‫ً‬ ‫ي‬ ‫ئ‬ ‫إىل ت‬ ‫الكيميــا� للمائــع المحيــط‪ ،‬الــذي‬ ‫ال�كيــب‬ ‫ي‬ ‫يؤثــر عــى العديــد مــن الظواهــر الجيوتقنيــة‪.‬‬ ‫والمــر شــديد أ‬ ‫أ‬ ‫الهميــة هــو أن نظــام التصنيــف‬ ‫يز‬ ‫ين‬ ‫تميــر أجــزاء‬ ‫المهندســ� مــن‬ ‫الجديــد ســيمكّن‬ ‫أ‬ ‫ت‬ ‫ال�بــة المســؤولة ف ي� المقــام الول عــن حمــل أي‬ ‫أ‬ ‫ت‬ ‫الــى تتحكــم‬ ‫وزن يُ َ‬ ‫وضــع عليهــا‪ ،‬وكذلــك الجــزاء ي‬ ‫ف ي� تدفُّــق الســوائل‪.‬‬

‫«إن وجود تلــك المواد‬ ‫بعضهــا مــع بعض يؤدي‬ ‫إلى حــدوث ظواهر‬ ‫ناشــئة مدهشة‪،‬‬ ‫واســتجابات غامضــة‬ ‫محيــرة‪ ،‬مثل اإلســالة»‪.‬‬ ‫ت‬ ‫ـبيا‪ ،‬تقــوم‬ ‫إن تصنيــف ال�بــة عمليــة بســيطة نسـ ًّ‬ ‫عــى تحديد مجموعــة من العوامــل باســتخدام أجهزة‬ ‫معمليــة متوافرة بســهولة ف� مختـ بـرات ت‬ ‫ال�بــة ف ي� جميع‬ ‫ي‬ ‫أنحــاء العالــم‪ .‬ومن ثَــم‪ ،‬يمكن إدخــال تلــك العوامل‬ ‫ف أ‬ ‫ف‬ ‫ت‬ ‫ـى‬ ‫ي� المعــادالت الموضحــة بالتفصيــل ي� البحــاث الـ ي‬ ‫ش‬ ‫ن�هــا الفريــق‪ ،‬أو يمكــن تحليلهــا باســتخدام جــدول‬ ‫بيانــات أو تطبيــق هاتفــي‪ ،‬وكالهمــا متــاح عــى موقع‬ ‫الباحثـ ي ن‬ ‫ال تن�نــت‪ .‬وتكــون النتيجــة الخاصة بأي‬ ‫ـ� عــى إ‬ ‫ت‬ ‫نــوع مــن أنــواع ال�بــة عبــارة عــن وصــف يتكــون مــن‬ ‫جزأيــن يتضمن كلًّ مــن الخــواص الميكانيكيــة وخواص‬ ‫تدفــق الموائــع؛ فعىل ســبيل المثال‪ ،‬الوصــف «(‪»)SF‬‬ ‫يــدل عــى تربــة ذات خــواص ميكانيكيــة تتح َّكــم فيهــا‬ ‫الرمــال ‪ ،sand‬ولكــن لهــا نفاذيــة تتحكــم فيهــا دقائــق‬ ‫ت‬ ‫ال�بة ‪.fines‬‬

‫سعي مستمر‬

‫كانــت ردود أ‬ ‫الفعــال تجــاه ش‬ ‫المنقــح‬ ‫نــر التصنيــف ُ‬ ‫مشــجعةً وتعاونيــة‪ .‬فعندمــا ش‬ ‫نــر الفريــق الجــزء‬

‫‪ 18‬يناير ‪2018‬‬

‫أ‬ ‫الول ‪-‬الــذي تنــاول دقائــق ت‬ ‫ال�بــة‪« -‬تفاعــل معــه‬ ‫باحثــون مــن جميــع أنحــاء العالــم‪ ،‬وأســهموا ببيانات‬ ‫اســتثنائية لتعزيــز التصنيــف»‪ ،‬عــى حــد قــول‬ ‫ســانتامارينا‪ ،‬الــذي أضــاف قائـ ًـا‪« :‬نتوقــع اســتجابةً‬ ‫نــر الجــزء ن‬ ‫مماثلــة عنــد ش‬ ‫الثــا�»‪.‬‬ ‫ي‬ ‫ت‬ ‫ً‬ ‫قائــا‪« :‬إن حقيقــة ال�بــة‬ ‫ويتابــع ســانتامارينا‬ ‫أكــر تعقيــدا مــن أ‬ ‫النظمــة المثاليــة الــىت‬ ‫ال تــزال ث‬ ‫ً‬ ‫ي‬ ‫المختــر أو عــى أجهــزة الكمبيوتــر»‪.‬‬ ‫تُخلــق ف ي�‬ ‫ب‬ ‫ت‬ ‫وتتيــح قاعــدة بيانــات تكميليــة لل�بــة خاصــة‬ ‫ين‬ ‫ســتخدم� عمــل تقديــرات ســليمة‬ ‫للم‬ ‫بكاوســت ُ‬ ‫ت‬ ‫للخــواص الهيدروميكانيكيــة لل�بــة الطبيعيــة‪.‬‬ ‫ف‬ ‫و� الواقــع‪ ،‬فــإن الباحــث الــذي يعمــل ف ي� مختـ بـر‬ ‫ي‬ ‫مؤهــل الســتخدام مجموعــة دائمــة‬ ‫ســانتامارينا َّ‬ ‫ـدس ‪.‬‬ ‫ـ‬ ‫الهن‬ ‫ـل‬ ‫ـ‬ ‫والتحلي‬ ‫ـم‬ ‫ـ‬ ‫التصمي‬ ‫أدوات‬ ‫التطـ ُّـور مــن‬ ‫ي‬ ‫ويقــول ســانتامارينا إن التصنيــف هو مجــرد «خطوة‬ ‫مختــر‬ ‫مكــون مــن‬ ‫أوىل نحــو نظــام متكامــل‬ ‫ب‬ ‫َّ‬ ‫وقاعــدة بيانــات نظــام لتكنولوجيــا المعلومــات‬ ‫يجــري تطويــره بالتعــاون مــع أنــاس مــن جميــع‬ ‫أنحــاء العالــم‪.‬‬ ‫ً‬ ‫شــامل؛‬ ‫إال أنــه ال يمكــن ألي تصنيــف أن يكــون‬ ‫فعــى ســبيل المثــال‪ ،‬أنــواع ت‬ ‫المكونــة مــن‬ ‫ال�بــة‬ ‫َّ‬ ‫حبيبــات غـ يـر مألوفــة ‪-‬مثــل الدياتومــات أو الرمــاد‬ ‫دائمــا تحديــات خاصــة ينبغــي‬ ‫المتطايــر‪ -‬ستشــكل ً‬ ‫عــى المهندسـ ي ن‬ ‫ـ� أن يكونــوا عــى درايــة بهــا‪ .‬ومــع‬ ‫ذلــك فــإن التصنيــف يهــدف إىل أن يكــون متماس ـكًا‬ ‫بمــا يكفــي الســتخدامه بنجــاح‪ ،‬ت‬ ‫حــى مــن ِق َبــل‬ ‫خــرة ميدانيــة‪.‬‬ ‫أولئــك الذيــن ليســت لديهــم ب‬ ‫حاليــا عىل إصــدار منشــور جديد‪،‬‬ ‫ويعمــل الفريــق ًّ‬ ‫والتفســرات‬ ‫مــن شــأنه أن يضيــف إىل التطبيقــات‬ ‫ي‬ ‫عمليــا‪.‬‬ ‫الخاصــة بالتصنيــف عنــد اســتخدامه ًّ‬ ‫إن هــذا العمــل متعــدد التخصصــات ‪-‬القائــم‬ ‫عــى مفاهيــم مــن علــوم الجيولوجيــا ي ز‬ ‫والف�يــاء‬ ‫والكيميــاء‪ ،‬والموجــه إىل تخصصــات ت‬ ‫بــ�ن‬ ‫تــراوح ي‬ ‫الهندســة المدنيــة والهندســة البيئيــة والهندســة‬ ‫الجيولوجيــة للطاقــة‪ -‬يســتفيد ممــا يدعــوه‬ ‫والخــرات‬ ‫ســانتامارينا البيئــة البحثيــة االســتثنائية‬ ‫ب‬ ‫المتوافــرة ف ي� كاوســت مــن أجــل ابتــكار أدوات ذات‬ ‫تطبيقــات ميدانيــة شــديدة االتســاع‪.‬‬ ‫‪1. Park, J. & Santamarina, J.C. Revised‬‬ ‫‪soil classification system for coarse‬‬‫‪fine mixtures. Journal of Geotechnical‬‬ ‫‪and Geoenvironmental Engineering 143,‬‬ ‫‪04017039 (2017).‬‬ ‫‪2. Jang, J. & Santamarina, J.C. Fines‬‬ ‫‪classification based on sensitivity‬‬ ‫‪to pore-fluid chemistry. Journal of‬‬ ‫‪Geotechnical and Geoenvironmental‬‬ ‫‪Engineering 142, 06015018 (2016).‬‬

‫مكون من عدة أنظمة‬ ‫نظام‬ ‫ّ‬ ‫لمراقبة األرض‪ ،‬من أجل‬ ‫تطوير فهمنا للدورة المائية‪.‬‬

‫أقمار األرصاد ذات المدار‬ ‫األرضي الجغرافي المتزامن‬ ‫‪ 36000‬كم‬

‫بعثات األقمار الصناعية‬ ‫‪ 700‬كم‬

‫مستشعرات على متن‬ ‫محطة الفضاء الدولية‬ ‫‪ 500‬كم‬

‫أقمار كيوب سات وتقنية‬ ‫الفيديو عالي الدقة‬

‫محطة الفضاء‬ ‫الدولية‬

‫‪ 300‬كم‬

‫المناطيــد البحثيــة‬ ‫الطائرات الشمسية‬

‫‪ 30‬كم‬

‫‪ 10‬كم‬

‫الطائــرات التجاريــة‬ ‫االستشعار النفعي‬

‫أبحاث علوم المواطن‬

‫الطائــرات البحثيــة‬

‫منطاد مربوط‬ ‫باألرض‬

‫‪ 1‬كم‬

‫جهاز رادار يعمل‬ ‫بتقنية دوبلر‬

‫ب‬

‫القرب‬

‫‪KAUST / XAVIER PITA‬‬

‫مركبات‬ ‫مجهزة‬ ‫المراقبة في الموقع‬

‫من ال‬

‫طائرات‬ ‫بدون طيار‬

‫سطح‬

‫استكشاف آفاق جديدة‬

‫«إن إمكانية ظهور أبحاث‬ ‫وتطبيقات ورؤى جديدة‬ ‫هي إمكانية كبيرة‪ ،‬وال‬ ‫يحدها سوى خيالنا!»‪.‬‬ ‫ف‬ ‫و� ي ن‬ ‫ســهم برامــج وكاالت الفضــاء الحكوميــة‬ ‫ي‬ ‫حــ� تُ ِ‬ ‫أ‬ ‫ف‬ ‫مكا�‬ ‫بالفعــل إىل ٍّ‬ ‫حد كبـ يـر ي� مراقبة كوكــب الرض‪ ،‬فــإن ب ي‬ ‫أيضــا يُســلط الضــوء عــى قيمــة العمــل مــع مؤسســات‬ ‫ً‬ ‫تجاريــة مزدهــرة تعمــل عــى نطــاق أصغــر؛ فهــو يعمل‬ ‫حاليا مع ش�كة أمريكية خاصة اســمها «بال ِنــت» ‪،Planet‬‬ ‫ًّ‬ ‫‪ 20‬يناير ‪2018‬‬

‫طفرة ف ي� الممارسات الزراعية‬

‫مــكا�‪« :‬مــع خفــض التكلفــة الــذي تحقــق‬ ‫يقــول ب ي‬ ‫بفضــل الصواريــخ القابلــة إلعــادة االســتخدام‪ ،‬يمكن‬ ‫ين‬ ‫واقعيــا إطــاق أقمــار «كيــوب‬ ‫للباحثــ� المنفرديــن‬ ‫ًّ‬ ‫صناعيــا‬ ‫ســات» خاصــة بهــم! كــم أو ُّد أن أضــع قمـ ًـرا‬ ‫ًّ‬ ‫ف‬ ‫ـكا�‪:‬‬ ‫ً‬ ‫قريبــا»‪ .‬ويضيــف مـ يب‬ ‫تابعــا لكاوســت ي� الفضــاء ً‬ ‫«إن أحــدث أبحاثنــا يســتخدم طائ ـرات بــدون طيــار‬ ‫لمراقبــة صحــة المحاصيــل عــى امتــداد حقــول‬ ‫المز ي ن‬ ‫عمــ�‬ ‫جــوي‬ ‫نظــام‬ ‫ارعــ�‪ .‬ونحــن نتطلــع إىل‬ ‫ٍ‬ ‫ُ‬ ‫ٍّ‬ ‫ي ٍّ‬ ‫بتكلفــة معقولــة يالئــم مســاحة الحقــل ويمكنــه‬

‫‪McCabe, M., Rodell, M., Alsdorf, D.E.,‬‬ ‫‪Miralles, D.G., Uijlenhoet, R. et al. The‬‬ ‫‪future of Earth observation in hydrology.‬‬ ‫‪Hydrology and Earth System Sciences 21,‬‬ ‫‪3879-3914 (2017).‬‬

‫‪2017 HYDROLOGY AGRICULTURE AND LAND OBSERVATION TEAM‬‬

‫ـيأ� بهــا المســتقبل‪ ،‬مثــل مناطيــد أ‬ ‫ت‬ ‫ت‬ ‫الرصــاد‬ ‫ـى سـ ي‬ ‫ف الـ ي‬ ‫ي� الطبقــات العليــا مــن الغــاف الجــوي‪ ،‬والرصــد‬ ‫المســتمر باســتخدام الطائ ـرات الشمســية‪ ،‬والتغطيــة‬ ‫بال تن�نــت‪،‬‬ ‫العالميــة باســتخدام أجهــزة متصلــة إ‬ ‫س ُتســهم جميعهــا ف ي� إعــادة تشــكيل طريقــة رصدنــا‬ ‫لكوكــب أ‬ ‫الرض ومراقبتنــا لــه‪.‬‬

‫مخصــص‬ ‫ـارا صناعيــة َّ‬ ‫تصنــع أقمـ ً‬ ‫مصممــة عــى نحـ ٍـو َّ‬ ‫صغ�‪ ،‬ومزودة بمستشــعرات مصغرة‪،‬‬ ‫بحجم صنــدوق ي‬ ‫قارن بتكاليــف وكاالت الفضاء‪ .‬ويمكن‬ ‫وبتكلفة زهيــدة ال تُ َ‬ ‫لتلــك أ‬ ‫القمــار الصناعيــة منخفضــة التكلفــة أن تســد‬ ‫الفجــوة المعرفيــة الحاليــة وتعــ ِّزز التغطيــة المكانيــة‬ ‫والزمانيــة المتاحــة؛ إذ تســتطيع أ‬ ‫القمــار الصناعيــة‬ ‫ت‬ ‫ش‬ ‫ـى تُدعــى «كيوب ســات»‬ ‫الخاصــة ب�كــة «بال ِنــت»‪ ،‬والـ ي‬ ‫‪ ،CubeSat‬التقــاط صــور متعــددة عاليــة الدقة لســطح‬ ‫أ‬ ‫ف‬ ‫تقريبــا‪.‬‬ ‫الرض‪ ،‬ي� أوقــات تك ـرار يوميــة ً‬

‫الم ـزارع بالضبــط أي أج ـزاء محاصيلــه بحاجــة‬ ‫إخبــار ُ‬ ‫إىل الــري ومـ تـى يحتــاج لذلــك‪ ،‬ويخـ بـره كذلــك بحالــة‬ ‫الصابــة بالمــرض‪ ،‬وغـ يـر ذلــك‬ ‫المحصــول مــن حيــث إ‬ ‫كثــر مــن العنــارص أ‬ ‫الخــرى‪ ،‬عــى أن يحــدث كل ذلك‬ ‫ي‬ ‫تقريبــا‪ .‬ويمكــن لدمــج تقنيــة الطائــرات بــدون‬ ‫ــا‬ ‫آني‬ ‫ً‬ ‫ًّ‬ ‫طيــار مــع نظــام التغطيــة العالميــة باســتخدام‬ ‫تلــك أ‬ ‫القمــار الصناعيــة الصغـ يـرة أن يُحـ ِـدث ثــور ًة ف ي�‬ ‫الممارســات الزراعيــة حــول العالــم»‪.‬‬ ‫تحديات‬ ‫ولكــن كل تلــك التقنيــات الحديثــة تفــرض‬ ‫ٍ‬ ‫أيضــا‪ ،‬وليــس أقلَّهــا تحــدي القدرة الحوســبية‬ ‫جديــد ًة ً‬ ‫المطلوبــة لتحليــل وتفسـ يـر البيانــات الضخمــة الــىت‬ ‫ي‬ ‫تجمعهــا تلــك أ‬ ‫الجهــزة‪.‬‬ ‫مــكا�‪« :‬علينــا أن نُــدرب الجيــل القــادم‬ ‫ويقــول أ ب ي‬ ‫تقبــل التحديــات‬ ‫ـى‬ ‫ـ‬ ‫ع‬ ‫ـة‬ ‫ـ‬ ‫البيئ‬ ‫ـاء‬ ‫ـ‬ ‫وعلم‬ ‫رض‬ ‫مــن علمــاء ال‬ ‫ّ‬ ‫أ‬ ‫ف‬ ‫الحوســبية المتأصلة ي� طبيعة البيانات الضخمة؛ فالمر‬ ‫ال يقتــر عــى القــدرة الحوســبية فحســب‪ ،‬وإنمــا نحن‬ ‫بحاجة إىل تقنيــات تعلُّم آ‬ ‫اللــة‪ ،‬وأدوات تحليــل البيانات‬ ‫ت‬ ‫ـى يمكنهــا اســتخراج مخــزون المعلومــات‬ ‫الضخمــة الـ ي‬ ‫ت‬ ‫ـى يجــري جمعهــا»‪.‬‬ ‫الضخــم مــن الصــور الـ ي‬ ‫كمــا ينبغــي التحقُّــق مــن صحــة تلــك البيانــات‬ ‫المستشـ َـعرة عــن بُعــد عــن طريــق نظــام استشــعار عىل‬ ‫ُ‬ ‫القــدر نفســه مــن القــوة موجــود عــى ســطح أ‬ ‫الرض‪.‬‬ ‫ومن ثَــم ينبغي تعزيــز أنظمــة المراقبــة أ‬ ‫الرضيــة الحالية‬ ‫َّ‬ ‫باســتخدام تقنيــات حديثــة يمكنهــا ‪-‬عــى ســبيل المثال‪-‬‬ ‫تحســ� القياســات الخاصــة بهطــول أ‬ ‫ين‬ ‫المطــار وتدفُّــق‬ ‫ف‬ ‫آنيــا ي� أثناء‬ ‫المجــاري المائيــة‪ ،‬أو مراقبــة الحاالت الجويــة ًّ‬ ‫ين‬ ‫أيضا االســتفادة‬ ‫هبوب العواصف‪ .‬وينبغــي عىل‬ ‫الباحث� ً‬ ‫من تإن�نت أ‬ ‫الشــياء بتطوير شــبكات ذكية ورفع مســتويات‬ ‫االتصــاالت‪ .‬ويعــد أحــد أ‬ ‫المثلــة عــى ذلك اســتغالل قوة‬ ‫ُ‬ ‫الهواتــف الذكيــة وتشــجيع الجمهــور عــى المشــاركة �ف‬ ‫ي‬ ‫أبحــاث علــوم المواطنـ ي ن‬ ‫ـ�‪ ،‬وقــد اســتخدم أحد مشــاريع‬ ‫كاوســت البحثيــة مؤخـ ًـرا تطبي ًقــا للهواتــف الذكيــة لجمع‬ ‫البيانات عن درجة الحـرارة والرطوبــة ف� أ‬ ‫الماكن المزدحمة‪.‬‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫ـكا�‪« :‬توحيــد القــوى هــو الســاس‪ ،‬س ـواء‬ ‫يقــول مـ ب ي‬ ‫أ‬ ‫ف‬ ‫فيما يتعلــق بالشــخاص الذين نعمل معهم ي� دراســاتنا‬ ‫البحثية‪ ،‬أو بالمســتويات المختلفة من التقنيــة»‪ .‬ويردف‬ ‫قائـ ًـا‪« :‬إن ذلــك بم�نز لــة لغــز هائــل‪ ،‬نحتــاج إىل تجميــع‬ ‫معــا‪ ،‬لكنـن ي عىل ثقــة بأننا قــادرون عــى مواجهة‬ ‫أجزائــه ً‬ ‫هــذا التحــدي‪ .‬ولدينــا فرصــة فريــدة إلعــادة تشــكيل‬ ‫طبيعــة مجــال مراقبــة كوكــب أ‬ ‫الرض‪ ،‬عــن طريــق دمــج‬ ‫أدوات متطــورة مــع مصــادر بيانــات جديــدة يمكنهــا أن‬ ‫آنيــة ورؤى علميــة متعمقــة لكوكــب‬ ‫توفــر لنــا مراقبــة َّ‬ ‫أ‬ ‫ت‬ ‫ـى تجــري عليــه»‪.‬‬ ‫الرض والعمليــات الـ ي‬

‫حلول الطاقة‬

‫كبيرا‬ ‫نجاحا ً‬ ‫فكرة جديدة قد تحقق ً‬ ‫توربينــات الريــاح المعلقــة علــى ارتفاعــات كبيــرة يمكــن أن تمثــل للمملكــة‬ ‫ـدر طاقــة بديـ ًـا‪.‬‬ ‫العربيــة الســعودية مصـ َ‬

‫أجهزة كهروضوئية منتَ جة‬ ‫بمساعدة إضافات بسيطة‪.‬‬

‫الب�وفســكايت‬ ‫كبـ يـر‪ .‬وقــد أدى ذلــك إىل زيــادة إنتاجية ي‬ ‫وكفاءتــه‪ ،‬بحيــث أصبحــت قــادرة عــى أ‬ ‫الداء بكفــاءة‬ ‫أعــى ف ي� تطبيقــات الخاليــا الشمســية‪.‬‬ ‫كذلــك تعمــل هــذه الطريقــة ف ي� درجات حـرارة أقل‬ ‫مــن البدائــل المتاحــة أ‬ ‫الخــرى‪ ،‬وهــو عامــل مهــم ف ي�‬ ‫تحسـ ي ن‬ ‫ـ� فاعليــة التكلفــة‪.‬‬ ‫ت‬ ‫وحــى وقتنــا الراهــن‪ ،‬تمكَّــن الفريــق فقــط مــن‬ ‫صنــع أجهــزة صغـ يـرة عــى نطــاق المختـ بـر‪ .‬ويكمــن‬ ‫التــال ‪-‬كمــا يقــول فريدريــك‬ ‫ئيــ�‬ ‫ي‬ ‫التحــدي الر ي‬ ‫الكــواي‪ ،‬الذي يقــود فريــق «مركــز الطاقة الشمســية»‬ ‫ف ي� كاوســت‪ -‬ف ي� توســيع نطــاق التصنيــع للوصــول إىل‬ ‫تطبيقــات تجاريــة‪ .‬ومــن أجــل تحقيــق ذلــك‪ ،‬ســيكون‬ ‫عــى الفريــق إيجــاد ســبل للتغلُّب عــى عدم اســتقرار‬ ‫ت‬ ‫الــى يســتخدمونها‪.‬‬ ‫مــواد ي‬ ‫الب�وفســكايت ي‬ ‫ف‬ ‫يقــول الكــواي‪« :‬لدينــا عــدة مجموعــات ي� «مركــز‬ ‫الطاقــة الشمســية» ف ي� كاوســت تعمــل عــى حــل هــذه‬ ‫المشــكلة‪ ،‬وعــى االحتياجــات أ‬ ‫الخــرى الالزمــة للتنميــة‬ ‫التجاريــة المســتقبلية»‪ .‬ويؤكــد الكــواي أن مــواد‬ ‫ت‬ ‫الــى‬ ‫ي‬ ‫الب�وفســكايت تمثــل أحــد مجــاالت البحــث ي‬ ‫تحظــى بأولويــة متقدمــة لــدى المركــز؛ إلمكانيــات‬ ‫ت‬ ‫ـى تتجــاوز الخاليــا الشمســية‪.‬‬ ‫تطبيقاتهــا المحتملــة الـ ي‬ ‫ز‬ ‫الب�وفســكايت‬ ‫ـرا‪« :‬تتمـ يـر مــواد ي‬ ‫ويضيف الكــواي مفـ ً‬ ‫ت‬ ‫واللك�ونيــة‬ ‫بالعديــد مــن الخصائــص البرصيــة إ‬ ‫المثـ يـرة لالهتمــام‪ ،‬وهــو مــا قــد يجعلهــا مــواد مفيدة‬ ‫لتطبيقــات لــم نفكــر فيهــا مــن أ‬ ‫الســاس»‪ .‬ويســلط‬ ‫ن‬ ‫ـاو� للمشــاريع‬ ‫الكــواي الضــوء ً‬ ‫أيضا عــى الطابع التعـ ي‬ ‫ف‬ ‫ف ي� «مركــز الطاقــة الشمســية» ي� كاوســت ويشــيد‬ ‫ين‬ ‫المتخصصــ�‬ ‫خــرات‬ ‫بالقــدرة عــى االســتفادة مــن ب‬ ‫مــن عــدة مجــاالت مختلفــة بوصفهــا عوامــل رئيســية‬ ‫ســهم ف ي� نجاحهــم‪.‬‬ ‫تُ ِ‬

‫‪P S E‬‬ ‫تبــدو فكــرة توربينــات الريــاح الموصولــة‬ ‫أ‬ ‫بــالرض ت‬ ‫الــى ّتولــد الكهربــاء مــن الريــاح‬‫ي‬ ‫الوفـ يـرة والمســتمرة الموجــودة عــى ارتفاعــات‬ ‫عاليــة جـ ًّـدا‪ -‬فكــرة مســتقبلية متطــورة‪ .‬وقــد‬ ‫أدى بحــث حديــث أجرتــه جامعــة الملــك‬ ‫عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة (كاوســت) بقيــادة‬ ‫جورجــي ستينشــيكوف إىل تحديــد المناطــق‬ ‫أ‬ ‫ال ث‬ ‫كــر مالءمــة ألنظمــة طاقــة الريــاح عاليــة‬ ‫أ‬ ‫ف‬ ‫االرتفــاع ي� ش‬ ‫الــرق الوســط‪.‬‬ ‫وتؤكــد النتائــج أنــه ثمــة طاقــة ريــاح وفــرة �ف‬ ‫ي ي‬ ‫أ‬ ‫قربنا‬ ‫العىل يمكن اســتغاللها بســهولة‪ ،‬وهو مــا يُ ِّ‬ ‫خطــو ًة إضافيــة مــن إمكانيــة توليــد الطاقــة عىل‬ ‫ارتفاعــات عالية‪.‬‬ ‫يقــول أودايــا جونتــورو ‪-‬الــذي يــدرس‬ ‫العمليــات الجوية ف ي� كاوســت‪« :-‬إننا متحمســون‬ ‫للغايــة لدفــع هــذا العمــل إىل أ‬ ‫المــام»‪.‬‬ ‫ويضيــف جونتــورو ً‬ ‫قائــا‪« :‬إن توربينــات‬ ‫الريــاح الموجــودة عــى ســطح أ‬ ‫الرض تعــا�ن‬ ‫ي‬ ‫يمكن لطواحين الهواء أن تحصد طاقة الرياح‬ ‫من ارتفاعات منخفضة قدرها ‪ 100‬إلى‬ ‫مترا‪ ،‬لكنها تعاني من إمدادات الرياح‬ ‫‪ً 150‬‬ ‫المتقطعة‪ .‬غير أنه ثمة موارد رياح وفيرة في‬ ‫االرتفاعات األعلى‪ ،‬وهو األمر الذي دفع‬ ‫الباحثين وشركات الطاقة الستكشاف إمكانية‬ ‫استخدام الرياح على ارتفاعات عالية‪.‬‬

‫مشــكلةً مســتعصية‪ ،‬هــي إمــدادات الريــاح‬ ‫ين‬ ‫الباحثــ�‬ ‫المتقطعــة»‪ .‬وقــد دفــع ذلــك‬ ‫ش‬ ‫و�كات الطاقــة ف ي� جميــع أنحــاء العالــم إىل‬ ‫أ‬ ‫النظــر للعــى واستكشــاف إمكانيــات الريــاح‬ ‫ت‬ ‫الــى يمكــن االعتمــاد عليهــا عنــد‬ ‫القويــة ي‬ ‫مســتبع ًدا‬ ‫االرتفاعــات العاليــة‪ .‬قــد يبــدو‬ ‫َ‬ ‫ســيناريو إطــاق توربينــات ريــاح محمولــة عىل‬ ‫طائ ـرات خفيفــة‪ ،‬ومــن ثَــم توصيــل الكهربــاء‬ ‫إىل أ‬ ‫الرض مــن خــال الكابــات ت‬ ‫الــى تربطهــا‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫غــر أن العديــد مــن ش‬ ‫الــركات ف ي�‬ ‫بــالرض‪ ،‬ي‬ ‫جميــع أنحــاء العالــم تختـ بـر بالفعــل نمــاذج‬ ‫أوليــة لمنظومــات كهــذه‪.‬‬ ‫وقــد جذبــت هــذه التطــورات اهتمــام‬ ‫ال�كــة الســعودية للصناعــات أ‬ ‫ش‬ ‫الساســية‬ ‫(ســابك) ‪Saudi Basic Industries‬‬ ‫ت‬ ‫مولــت بحــث‬ ‫الــى َّ‬ ‫(‪ ،Corporation (SABIC‬ي‬ ‫ف‬ ‫ش‬ ‫كاوســت الستكشــاف الفرص المتاحــة ي� ال�ق‬ ‫أ‬ ‫ش‬ ‫ائعــا‬ ‫الوســط‪ .‬وم ّثــل‬ ‫المــروع موضو ًعــا ر ً‬ ‫لرســالة الدكتــوراة للطالــب أنــدرو ِيــب‪ ،‬وهــو‬ ‫ئيــ� للورقــة البحثيــة‪.‬‬ ‫المؤلــف الر ي‬ ‫اســتخدم الباحثــون معلومــات حــول‬ ‫قــوة الريــاح عــى ارتفاعــات مختلفــة‪ ،‬وكانــت‬ ‫تلــك المعلومــات متاحــة بالفعــل لــدى وكالــة‬ ‫الفضــاء أ‬ ‫المريكيــة (ناســا) ‪ .NASA‬وقامــوا‬ ‫أ‬ ‫بمعالجــة هــذه البيانــات الوليــة لتحديــد‬ ‫أكـ ثـر المناطــق مال َءمــةً لنظــم طاقــة الريــاح‬ ‫ت‬ ‫الــى‬ ‫جــوا‪ ،‬واالرتفاعــات ُ‬ ‫المحمولــة ًّ‬ ‫المثــى ي‬ ‫يجــب وضــع التوربينــات عندهــا‪ ،‬وكذلــك‬

‫‪Ugur, E., Sheikh, A.D., Munir, R., Khan,‬‬ ‫‪J. I., Barrit, D, Amassian, A. & Laquai, F.‬‬ ‫‪IMAGESOURCE‬‬

‫‪Improved morphology and efficiency‬‬ ‫‪of n-i-p planar perovskite solar cells by‬‬ ‫‪processing with glycol ether additives.‬‬ ‫‪ACS Energy Letters 2, 1960–1968 (2017).‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪23 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫حلول الطاقة‬

‫تقدما في تطوير أغشية رقيقة عالية الجودة من البيروفسكايت الستخدامها في الخاليا الشمسية‪.‬‬ ‫إسما أوجور وفريدريك الكواي يحققان‬ ‫ً‬

‫تحسن جودة‬ ‫إضافة بسيطة‬ ‫ّ‬ ‫األغشية الرقيقة‬

‫مواد كيميائية بسيطة تسمى إثيرات الجليكول تساعد على إنتاج أغشية رقيقة عالية الجودة من‬ ‫البيروفسكايت الستخدامها في صنع الخاليا الشمسية‪.‬‬

‫اكتشــف فريــق مــن جامعة الملــك عبــد هللا للعلوم‬ ‫أ‬ ‫ـتخدمة‬ ‫والتقنية (كاوســت) أن الغشــية الرقيقة المسـ َ‬ ‫ف� صناعــة الخاليــا الشمســية تكــون ث‬ ‫أكــر فاعليــة‬ ‫ي‬ ‫عندمــا تضــاف مــواد كيميائيــة بســيطة تســمى إثـ يـرات‬ ‫الجليكــول إىل المزيــج الــذي تصنــع منــه أ‬ ‫الغشــية‪.‬‬ ‫ُ‬ ‫ف‬ ‫تقــول إســما أوجــور ‪-‬طالبــة الدكتــوراة ي� فريــق‬ ‫«مركز الطاقة الشمســية» التابــع لكاوســت ‪« :-‬يُ َع ُّد هذا‬ ‫اكتشــافًا يغ� متوقــع‪ .‬هــذه إالضافة تنتج أغشــية رقيقة‬ ‫ث‬ ‫محسـ ي ن‬ ‫ـنت�»‪.‬‬ ‫أكــر اتســاقًا‪ ،‬ذات بنيــة وكفــاءة َّ‬ ‫‪ 22‬يناير ‪2018‬‬

‫‪KAUST / FRÉDÉRIC LAQUAI‬‬

‫‪P S E‬‬

‫الب�وفســكايت هــي مــواد لهــا الهيــكل‬ ‫ومــواد ي‬ ‫لب�وفســكايت أكســيد الكالســيوم‬ ‫البلــوري نفســه ي‬ ‫والتيتانيــوم الموجــود ف ي� الطبيعــة‪ .‬وقــد ثبــت أن‬ ‫الب�وفســكايت هاليــد المعدنيــة‬ ‫العديــد مــن مــواد ي‬ ‫ف‬ ‫ت‬ ‫الــى يمكــن بعــد‬ ‫مفيــدة ي� تجميــع طاقــة الضــوء ي‬ ‫ئ‬ ‫ـا�‪ .‬وهــذا هــو‬ ‫ذلــك اســتخدامها أ لتوليــد تيــار كهربـ ي‬ ‫ـاس للخاليــا الشمســية‪ .‬ويمكــن‬ ‫مبــدأ التشــغيل السـ ي‬ ‫الب�وفســكايت كطبقــة رقيقــة فــوق الخاليــا‬ ‫إضافــة ي‬ ‫أ‬ ‫أ‬ ‫الشمســية التقليديــة؛ لنهــا تجمــع الطــوال الموجيــة‬ ‫الزرق لتكملــة طاقــة أ‬ ‫للضــوء أ‬ ‫الطــوال الموجيــة‬ ‫ت‬ ‫الــى تلتقطهــا المــواد التقليديــة‪.‬‬ ‫الحمــراء ي‬

‫ين‬ ‫تحســ� جــودة‬ ‫تقــول أوجــور‪« :‬كان هدفنــا هــو‬ ‫أ‬ ‫الب�وفســكايت»‪.‬‬ ‫الغشــية الرقيقــة المصنوعــة مــن ي‬ ‫وقــد قــرر الفريــق إضافــة إثـ يـرات الجليكــول إىل عملية‬ ‫التصنيــع؛ ألنهــم كانــوا يعلمــون أن هــذه المــواد‬ ‫الكيميائيــة كانــت تُســتخدم ف ي� الســابق للمســاعدة ف ي�‬ ‫صنــع طبقــات مــن أكاســيد المعــادن‪.‬‬ ‫وعــن طريــق تجربــة اســتخدام مخاليــط وظــروف‬ ‫مختلفــة إلثـ يـرات الجليكــول‪ ،‬حقــق الباحثــون ف ي� نهايــة‬ ‫المطــاف ســيطر ًة أفضل عــى تشــكيل أ‬ ‫الغشــية الرقيقة‬ ‫الب�وفســكايت؛ ألنهــم اســتطاعوا‬ ‫المصنوعــة مــن ي‬ ‫تحسـ ي ن‬ ‫الب�وفســكايت وترتيبهــا إىل حـ ٍّـد‬ ‫ـ� بنيــة حبيبــات ي‬

‫‪KAUST / ANDREA FRATALOCCHI‬‬

‫أ‬ ‫الجهــزة الفوتونيــة الـ تـى تســتخدم نبضــات ي ز‬ ‫الل�ر‬ ‫ف ي‬ ‫الخاضعــة للســيطرة ي� معالجــة مفاتيــح البيانــات‪،‬‬ ‫والغرســات الطبيــة الحيويــة‪ ،‬والخاليــا الشمســية‪،‬‬ ‫تبقــى مرغوبًــا فيهــا؛ ألنهــا تومــض برسعــة مقارنــةً‬ ‫لك�ونيــات التقليديــة‪ ،‬غــر أن النمــاذج أ‬ ‫بال ت‬ ‫الوليــة‬ ‫إ‬ ‫ي‬ ‫الحاليــة لــم تصــل إىل مراحــل االســتخدام التجــاري‬ ‫بســبب صعوبــة صنــع أشــعة ي ز‬ ‫صغــرة بمــا‬ ‫ل�ريــة‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫يكفــي لتناســب لوحــات الدوائــر الكهربيــة ي� أجهــزة‬ ‫الكمبيوتــر‪ ،‬مــع االحتفــاظ ف ي� الوقــت نفســه بقدراتهــا‬ ‫عــى تشــكيل النبضــات‪.‬‬ ‫«يكمــن‬ ‫يقــول أندريــا فر‬ ‫اتالــوك ‪-‬مــن كاوســت‪ُ :‬‬ ‫ي‬ ‫تصغــر مصــدر الضــوء إىل مســتوى‬ ‫التحــدي ف ي�‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫النانــو ف ي� أن ذلــك المصــدر يبــدأ ي� إرســال الطاقــة‬

‫أقراص‬ ‫نانوية‬ ‫لتخزين‬ ‫الطاقة‬

‫بقــوة ف ي� جميــع االتجاهــات‪ .‬وهــذا يجعــل مــن‬ ‫تقريبــا التحكــم فيــه»‪.‬‬ ‫المســتحيل ً‬ ‫وقــد كشــفت ش�اكــة مــع مجموعــة يــوري كيفشــار‬ ‫ف� الجامعــة الوطنيــة أ‬ ‫ال ت‬ ‫ســرالية عــن مســارات‬ ‫ي‬

‫للتغ ُّلــب عــى قيــود حيــود الضــوء ف� أجهــزة اللـ ي ز‬ ‫ـرر‬ ‫ي‬ ‫الحلقيــة غـ يـر التقليديــة‪ .‬ولمــا كانــت أجهــزة اللـ ي ز‬ ‫ـرر‬ ‫موصــات عــى شــكل‬ ‫الحلقيــة مصنوعــةً مــن أشــباه ِّ‬ ‫أقــراص نانويــة دقيقــة الحجــم‪ ،‬فإنهــا تســتجيب‬ ‫يز‬ ‫للتحفــر بالضــوء عــن طريــق إنتــاج موجــات‬ ‫ف‬ ‫كهرومغناطيســية إمــا تشــع وإمــا تــدور ي� شــكل‬ ‫توزيعــات حلقيــة عــى شــكل حلــوى الدونــات‪.‬‬ ‫وعنــد تــرددات إثــارة محــددة‪ ،‬يُنتــج التداخــل ي ن‬ ‫ب�‬ ‫مجالـ ي ن‬ ‫ـ� حالــةً ال تشــع الطاقــة ف ي� أي اتجــاه ‪-‬القطــب‬ ‫الحلقي‪-‬وتحبــس الضــوء داخــل القــرص النانــوي‪.‬‬ ‫يقــول فراتالــوك‪« :‬يمكنــك التفكـ يـر ف� هــذا اللـ يـررز‬ ‫ي‬ ‫ي‬ ‫عــى أنــه خــزان طاقــة‪ ،‬فبمجــرد أن يكــون ي ز‬ ‫اللــرر‬ ‫قيــد التشــغيل‪ ،‬فإنــه يخــزن الضــوء وال يســمح لــه‬ ‫باالنبعــاث إىل أن ترغــب ف ي� إطالقــه»‪.‬‬ ‫ومــن أجــل إطــاق إمكانيــات مصــدر الضــوء‬ ‫الجديــد هــذا‪ ،‬عمــل الفريــق عــى محــاكاة‬ ‫تصا ميــم هند ســية مختلفــة با ســتخد ا م‬ ‫خوارزميــات تعتمــد عــى الكــم‪.‬‬ ‫دمــج‬ ‫وتتنبــأ هــذه الحســابات ‪-‬إىل جانــب‬ ‫ٍ‬ ‫ال ت‬ ‫لك�ونيــة‪ ،‬وتحســينات‬ ‫ُم َح َّســن للرقاقــات إ‬ ‫ت‬ ‫مضاعفــة ألــف مــرة ف ي� االقــران بالموجهــات‬ ‫الضوئيــة‪ -‬بــأن يتمكــن ي ز‬ ‫اللــرر النانــوي الحلقــي‬ ‫مــن توليــد نبضــات ضــوء فائقــة الرسعــة‪ ،‬مناســبة‬ ‫بشــكل فريــد لدراســة أ‬ ‫النمــاط الطبيعيــة إلطــاق‬ ‫الشــارات والوصــات العصبيــة‪.‬‬ ‫إ‬ ‫ويقــول فراتالــوك إن اللـ ي ز‬ ‫ـرر النانــوي ســوف يبــدو‬ ‫ي‬ ‫ئ‬ ‫مــر� ت‬ ‫حــى يضطــرب بواســطة جســم‬ ‫للراصــد ي َ‬ ‫غــر ي ٍّ‬ ‫وبالتــال‪ ،‬يمكــن اســتخدام ترتيــب مصــادر‬ ‫قريــب‪.‬‬ ‫ي‬ ‫الضــوء أ‬ ‫الســطوانية ف ي� شــكل حلقــة إلنتــاج تفاعــل‬ ‫متسلســل مــن انبعاثــات الضــوء‪ ،‬الـ تـى تتمـ ي ز‬ ‫ـر بقابليتها‬ ‫ي‬ ‫للضبــط عــى مســتوى أزمنــة تقــاس بالفمتــو ثانيــة‪.‬‬ ‫قائــا‪ :‬أ‬ ‫ً‬ ‫«المــر حقًّــا أشــبه‬ ‫اتالــوك‬ ‫ويوضــح فر‬ ‫ي‬ ‫ال�اعــات؛ إذ يقــوم أف ـراد المجموعــة‬ ‫بمجموعــة مــن ي‬ ‫بمزامنــة انبعاثاتهــا الضوئيــة ف ي� أنماط جميلــة‪ .‬فعندما‬ ‫نضــع أشــعة اللـ ي ز‬ ‫ـرر النانويــة عــى مقربـ ٍـة بعضهــا مــن‬ ‫ف‬ ‫بعــض‪ ،‬يمكننــا تحقيــق تحكــم مماثــل ي� النبضــات»‪.‬‬ ‫وتشــر نمــاذج الفريــق إىل أن دمــج حلقــات‬ ‫ي‬ ‫مختلفــة مــن أشــعة ي ز‬ ‫اللــرر النانويــة الحلقيــة قــد‬ ‫يُنتــج أنماطًــا متذبذبــة وديناميكيــة مفيــدة إلعــادة‬ ‫إنتــاج أنشــطة مشــابهة ألنشــطة الدمــاغ‪ ،‬مثــل‬ ‫تع ُّلــم آ‬ ‫اللــة واسـ تـرجاع الذاكــرة‪ ،‬بتكلفــة منخفضــة؛‬ ‫ألن المنصــة تحتــاج فقــط إىل رقائــق ســيليكون غـ يـر‬ ‫لــ� تعمــل‪.‬‬ ‫مكلفــة ي‬ ‫‪Gongora, J. S. T., Miroshnichenko,‬‬ ‫‪A. E., Kivshar, Y. S. & Fratalocchi, A.‬‬ ‫‪Anapole nanolasers for mode-locking‬‬ ‫‪and ultrafast pulse generation. Nature‬‬ ‫‪Communications 8, 15535 (2017).‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪25 discove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫حلول الطاقة‬

‫أخــذوا ف ي� االعتبــار التغـ يـرات اليوميــة‬ ‫والموســمية‪ .‬يقــول ِيــب‪« :‬تتفــاوت‬ ‫المثــى للتوربينــات‬ ‫االرتفاعــات ُ‬ ‫وفــق المنطقــة والتوقيــت الســنوى‬ ‫واليومــي‪ .‬وبشــكل عــام‪ ،‬تــزداد وفــرة‬ ‫جــوا‬ ‫مــوارد طاقــة الريــاح المحمولــة ًّ‬ ‫مــع زيــادة االرتفــاع»‪.‬‬ ‫كمــا يمكــن للطائــرات الموصولــة‬ ‫أ‬ ‫بــالرض أن توفــر المرونــة الالزمــة‬ ‫تغــر‬ ‫ي‬ ‫لتغيــر ارتفــاع التوربينــات مــع ي ُّ‬ ‫ظــروف الريــاح‪ .‬ومــن المرجــح أن تســمح‬ ‫التكنولوجيــا الحاليــة بحصــاد طاقــة‬

‫استلهم فراتالوكي وفريقه أنماط الوميض المعقدة‬ ‫لليراعات من أجل تطوير أشعة ليزر «حلقية» تستخدم‬ ‫التفاعالت بين أقراص تخزين الطاقة النانوية لتوليد نبضات‬ ‫عالية السرعة من الضوء على رقائق دقيقة‪.‬‬

‫«يمكــن للطائرات‬ ‫الموصولة‬ ‫باألرض أن توفر‬ ‫المرونة الالزمة‬ ‫لتغييــر ارتفاع‬ ‫تغير‬ ‫التوربينــات مع ُّ‬ ‫ظروف الرياح»‪.‬‬ ‫الريــاح عــى ارتفاعــات مــن ‪ 2‬إىل ‪ 3‬كــم‪،‬‬ ‫أيضــا الكثـ يـر مــن‬ ‫مــع العلــم أن هنــاك ً‬ ‫الرياح عنــد االرتفاعــات أ‬ ‫العىل مــن ذلك‪.‬‬ ‫وقــد خلــص الباحثــون إىل أن‬ ‫المناطــق أ‬ ‫ال ث‬ ‫كــر مال َء مــةً لطاقــة‬ ‫الريــاح عــى ارتفاعــات عاليــة ف ي� ش‬ ‫ال�ق‬ ‫أ‬ ‫الوســط تقــع فــوق أجـزاء مــن المملكة‬ ‫العربيــة الســعودية وســلطنة عمــان‪.‬‬ ‫وســوف تتمثــل الخطــوة التاليــة ف ي�‬ ‫زيــادة دقــة دراســاتهم‪.‬‬ ‫يقــول ستينشــيكوف‪« :‬قــد يســاعد‬ ‫عملنــا تكنولوجيــا طاقــة الريــاح ف ي�‬ ‫المملكــة العربيــة الســعودية عــى‬ ‫القفــز إىل المســتقبل وتحقيــق رؤيــة‬ ‫المملكــة لعــام ‪ 2030‬بشــأن تنميــة‬ ‫مــوارد الطاقــة المتجــددة»‪.‬‬ ‫& ‪Yip, C. M. A., Gunturu, U. B.‬‬ ‫‪Stenchikov, G. L. High altitude‬‬ ‫‪wind resources in the Middle‬‬ ‫‪East. Scientific Reports 7,‬‬ ‫‪9885 (2017).‬‬

‫‪ 24‬يناير ‪2018‬‬

‫وميض اليراعات يلهم‬ ‫ابتكار ضوء ليزر نانوي جديد‬ ‫انبعاثات متزامنة من أشعة ليزر مبتكرة على رقائق إلكترونية تخلق إمكانيات لصنع‬ ‫شبكات عصبية اصطناعية غير ّ‬ ‫مكلفة‪.‬‬

‫مصــدرا ُمعــا ًدا ت‬ ‫اخ�اعــه منخفــض التكلفــة ألشــعة‬ ‫ً‬ ‫‪C E M S E‬‬ ‫اللـ ي ز‬ ‫ـرر‪ ،‬يقــوم بتخزيــن طاقــة الضــوء داخــل أقـراص‬ ‫ف‬ ‫كشــفت دراســة محــاكاة قادهــا باحثــون ي� جامعــة نانويــة‪ ،‬يمكــن أن يدعــم تطويــر الحواســيب‬ ‫ت‬ ‫الــى تعمــل بالطاقــة الضوئيــة‪.‬‬ ‫الملــك عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة (كاوســت) أن العصبيــة ي‬

‫تُ وفر أشجار المانجروف االستوائية الغذاء والمأوى لحيوانات المناطق‬ ‫أيضا الحماية ضد عوامل التعرية والطقس‬ ‫الرطبة‪ ،‬وألنها توفر ً‬ ‫تغير المناخ‪.‬‬ ‫المتطرف‪ ،‬فإنها تخلق المرونة والقدرة على مقاومة ُّ‬ ‫مهما لتخزين ثاني أكسيد‬ ‫طبيعيا‬ ‫مصدرا‬ ‫وتوفر أشجار المانجروف‬ ‫ًّ‬ ‫ًّ‬ ‫ً‬ ‫هكتارا من نباتات المانجروف‬ ‫الكربون‪ .‬وفي ظل وجود أكثر من ‪150‬‬ ‫ً‬ ‫على طول سواحل جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست)‪،‬‬ ‫نهدف إلى الحفاظ على هذا المورد الثمين للدولة باعتباره أكثر‬ ‫كثافة في البحر األحمر‪.‬‬ ‫ً‬ ‫مستودعات الكربون‬

‫‪KAUST / FRANCIS SMITH‬‬

‫حمايــة‬ ‫البيئــة‬ ‫تعرف على المزيد‪:‬‬ ‫ّ‬

‫اكتشافات كاوست ‪27 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫يقف عامر فاروق مع آلة مكبس الضغط السريع مزدوج المعارضة في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية‪.‬‬

‫إطالق أبحاث الوقود المستقبلي‬

‫خلطات بسيطة ذات مكونين تمثل بدائل جيدة لدراسة خصائص اشتعال الجيل التالي من وقود البنزين‪.‬‬

‫ـاون بـ ي ن‬ ‫ـ� علماء مــن جامعة الملك عبــد هللا للعلوم‬ ‫تعـ ُ‬ ‫ش‬ ‫والتقنية (كاوســت) و�كة أرامكو الســعودية الختبار أنواع‬ ‫ـتقبل‪ ،‬يمكــن أن يــؤدي إىل حقبة‬ ‫جديدة من الوقود المسـ ي‬ ‫جديــدة من محـركات الب�نز ين عاليــة الكفاءة‪.‬‬ ‫يشـ يـر تحليل شــامل لدورة حياة الوقود إىل أن االشــتعال‬ ‫بضغــط الب�نز يــن ‪gasoline compression ignition‬‬ ‫(‪ )GCI‬هــو تقنيــة تجريبيــة لمح ـركات جديــدة يمكــن أن‬ ‫تســتهلك طاقةً أقــل بنســبة ‪ %25‬من محركات الســيارات‬ ‫التقليديــة‪ .‬تســتخدم تقنيــة االشــتعال بضغــط الب�نز ين‬ ‫وقــو ًدا مــن نــوع الب�نز يــن‪ ،‬ولكــن ً‬ ‫بــدل مــن إشــعاله‬ ‫باســتخدام ش�ارة‪ ،‬يشــتعل باالنضغاط مثل الديــزل‪ .‬لذا‬ ‫قد يكون االشــتعال بضغط الب�نز ين أفضــل تكنولوجيا ف ي�‬ ‫عالمــي المحـركات‪ :‬بالجمع بـ ي ن‬ ‫ـ� كفــاءة اســتهالك الوقود‬ ‫لمحركات الديزل وانخفاض انبعاثات أكاســيد ت‬ ‫الني� ي ن‬ ‫وج�‬ ‫وجســيمات الســخام ف ي� مح ـركات الب�نز ين‪.‬‬ ‫ومــن أجــل تصميــم أمثــل لمحــرك االشــتعال‬ ‫بضغــط الب�نز يــن‪ ،‬يحتــاج المهندســون إىل معرفــة‬ ‫تفصيليــة بوقــود الب�نز يــن منخفــض أ‬ ‫الوكتــان الــذي‬ ‫سيســتخدموه‪ .‬وقــد قــام عامــر فــاروق ف ي� «مركــز‬ ‫ت‬ ‫االحــراق النظيــف» التابــع لكاوســت‪،‬‬ ‫أبحــاث‬ ‫‪ 26‬يناير ‪2018‬‬

‫‪Javed, T., Ahmed, A., Lovisotto, L., Issayev,‬‬ ‫‪G., Badra, J. Sarathy, M.S. & Farooq, A.‬‬ ‫‪Ignition studies of two low-octane gasolines.‬‬ ‫‪Combustion and Flame 185, 152–159 (2017).‬‬

‫‪KAUST‬‬

‫‪P S E‬‬

‫ت‬ ‫ين‬ ‫لنوعــ� مــن‬ ‫االحــراق‬ ‫ومعاونــوه‪ ،‬بتحليــل كيميــاء‬ ‫الب�نز يــن منخفــض أ‬ ‫ف‬ ‫الوكتان جــرى إشــعالهما ي� ظروف‬ ‫ف‬ ‫شــبيهة بظــروف االشــتعال ي� المحــرك‪ .‬يقــول تامــور‬ ‫ش‬ ‫المــروع كجــزء مــن‬ ‫جافيــد‪ ،‬الــذي عمــل ف ي� هــذا‬ ‫بحثــه لنيــل درجــة الدكتــوراة‪« :‬كان ي ز‬ ‫منصبــا‬ ‫ترك�نــا‬ ‫ًّ‬ ‫عــى دراســة الحركيــات الكيميائيــة لالشــتعال الــذا�ت‬ ‫ي‬ ‫ـ� مــن الب�نز ين منخفــض أ‬ ‫لنوعـ ي ن‬ ‫الوكتــان‪ ،‬لهمــا تركيبان‬ ‫تمامــا‪ ،‬ولكــن لهمــا معدل أوكتــان متشــاب ًها‪.‬‬ ‫مختلفــان ً‬ ‫موضحا‪« :‬من أجــل تحسـ ي ن‬ ‫ـ� أداء محركات‬ ‫يقول فــاروق‬ ‫ً‬ ‫االشــتعال بضغط الب�نز ين‪ ،‬اســتخدمنا عمليــات محاكاة‬ ‫كبــر مــن‬ ‫حاســوبية تنبؤيــة عاليــة الدقــة‪ .‬وكان جــزء ي‬ ‫مكرســا لوصف كيميــاء الوقــود»‪ .‬يغ�‬ ‫عمليات المحــاكاة ً‬ ‫ئ‬ ‫�نز‬ ‫ـا� ف ي� غاية‬ ‫أن وقــود الب يــن الحقيقــي هــو مزيــج كيميـ ي‬ ‫التعقيــد بحيــث ال يمكــن محاكاتــه‪ .‬ويضيــف فــاروق‪:‬‬ ‫«لــذا‪ ،‬بـ ً‬ ‫ـدل مــن ذلــك‪ ،‬نحــاول صياغــة تمثيــل أبســط‬ ‫للوقــود الحقيقــي‪ ،‬يُعــرف باســم البديــل»‪.‬‬ ‫وقد قــارن الفريــق كل نوع مــن نوعي الب�نز يــن منخفض‬ ‫أ‬ ‫مكونـ ي ن‬ ‫ـ�‪ ،‬مع قياس‬ ‫الوكتــان ببديل محتمــل مؤلَّف مــن ِّ‬ ‫مــدى قرب ســلوك اشــتعاله مــن الوقــود الحقيقــي‪ .‬و�ف‬ ‫ي‬ ‫مكو ي ن‬ ‫ن�‬ ‫معظــم الحاالت‪ ،‬ثبــت أن البديــل المؤلَّف مــن ِّ‬ ‫هــو ممثــل جيــد للوقــود الحقيقــي منخفــض أ‬ ‫الوكتان‪،‬‬ ‫وأن ســلوكه يختلــف فقــط عنــد االشــتعال بدرجــات‬

‫حـرارة منخفضــة‪ .‬ويعلِّق فــاروق عــى ذلك قائـ ًـا‪« :‬من‬ ‫أجــل دقة أعــى ف� درجات الحـرارة المنخفضــة‪ ،‬ت‬ ‫اق�حنا‬ ‫ي‬ ‫بديـ ًـا متعــدد المكونات»‪.‬‬ ‫ويضيــف فــاروق أنــه عــى الرغــم مــن �ض ورة إجــراء‬ ‫ف‬ ‫ـا� لطــرح‬ ‫تحديثــات كبـ يـرة عــى البنيــة التحتيــة‬ ‫للمصـ ي‬ ‫الوكتــان ف� أ‬ ‫أنــواع الوقــود منخفــض أ‬ ‫الســواق‪ ،‬فإنــه‬ ‫ي‬ ‫يمكــن عــى المــدى القصـ يـر إنتــاج الوقــود منخفــض‬ ‫أ‬ ‫الوكتــان بمــزج أنــواع الوقــود التقليديــة‪ .‬ويســتطرد‬ ‫ف‬ ‫ً‬ ‫مخت�نــا دراســات الختبــار‬ ‫حاليــا ي� ب‬ ‫قائــا‪« :‬تُجــرى ًّ‬ ‫�نز‬ ‫جــدوى مــزج أنــواع وقــود الديــزل والب يــن لتالئــم‬ ‫خصائــص الب�نز يــن منخفــض أ‬ ‫الوكتــان»‪.‬‬ ‫أيضا اســتفادة شــخصية‬ ‫وبالنســبة لجاويــد‪ ،‬كانت هناك ً‬ ‫مــن المـ شـروع؛ فقــد فــاز مؤخـ ًـرا بوظيفــة مــع ش�يــك‬ ‫المـ شـروع‪ ،‬ش�كــة أرامكــو الســعودية‪ ،‬بعــد االنتهــاء مــن‬ ‫دراســته‪ .‬ويقــول‪« :‬لــم يمهــد هــذا المـ شـروع الطريــق‬ ‫أيضــا كان بم�نز لــة‬ ‫نحــو فــوزي بوظيفــة فحســب‪ ،‬ولكنــه ً‬ ‫تجربــة تعلُّم رائعــة لتفا ُعل باحث شــاب مــع الصناعة»‪.‬‬

‫ا‬ ‫ل‬ ‫غ‬ ‫و‬ ‫ص‬ ‫ف‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫ع‬ ‫ماق‬ ‫ا‬ ‫ل‬ ‫ب‬ ‫ح‬ ‫ر‬ ‫ا‬ ‫ألحمر‬ ‫الكش‬ ‫ف عن أ س ـرا‬ ‫ر‬ ‫أ‬ ‫د‬ ‫فأ‬ ‫م‬ ‫س‬ ‫ـطح ما ئي‬ ‫في العالم‬

‫‪TANE SINCLAIR-TAYLOR‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪29 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫التنقيب في البيانات الضخمة‬

‫باستخدام طرق تحلية المياه باالمتصاص ذات التكلفة المنخفضة‪ ،‬تدمج تقنيات‬ ‫«مداد» ‪ MEDAD‬بين تقنية التقطير ذات التأثيرات المتعددة وعمليات‬ ‫شركة ِ‬ ‫«مداد»‬ ‫حرارية تسمى التقطير باالمتزاز إلنتاج الماء المقطر‪ .‬وتُ عد شركة ِ‬ ‫واحدةً من شركاتنا الناشئة التي تزدهر في ثقافة االبتكار القوية التي تدعمها‬ ‫مبادرات «االبتكار والتنمية االقتصادية» ‪.IED‬‬

‫‪MEDAD TECHNOLOGIES‬‬

‫إنتــاج ميــاه عذبــة‬ ‫مســتدامة‬ ‫‪28‬‬

‫يناير ‪2018‬‬

‫تعرف على المزيد‪:‬‬ ‫ّ‬

‫أحداث متطرفة‬

‫تحمل العواصف العنيفة األتربة من أفريقيا‬ ‫إلى المملكة العربية السعودية عبر البحر األحمر‪،‬‬ ‫وتجلب معها العناصر الغذائية التي تنعش المزارع‬ ‫أيضا‬ ‫السمكية واألراضي الزراعية‪ ،‬غير أنها تحمل ً‬ ‫جسيمات تعوق أداء أجهزة الطاقة الشمسية‪.‬‬

‫التكيف مع ارتفاع درجات الحرارة‬

‫تستطيع األسماك المرجانية‬ ‫التأقلم مع ارتفاع درجات الحرارة‬ ‫خالل جيلين فقط‪.‬‬

‫الغذاء يحدد نوع بكتيريا الجهاز‬ ‫الهضمي‬

‫يحدد غذاء األسماك المرجانية‬ ‫أنواع الميكروبات التي تعيش‬ ‫داخل جهازها الهضمي‪ ،‬والتي‬ ‫تؤثر بدورها على نمو هذه‬ ‫األسماك‪ ،‬ومناعتها‪ ،‬وسلوكها‪.‬‬

‫تأقلم مع تغيرات‬ ‫المجتمع‬

‫تتكون «عائالت»‬ ‫ّ‬ ‫سمكة المهرج عادة‬ ‫من ذكر واحد ناضج‬ ‫وأنثى‪ ،‬إضافة إلى‬ ‫عدد من صغار السمك‪.‬‬ ‫إذا اختفت األنثى‪،‬‬ ‫يغير الذكر مستويات‬ ‫ّ‬ ‫الهرمونات لديه كي‬ ‫مسترجعا‬ ‫يتحول ألنثى‪،‬‬ ‫ً‬ ‫ّ‬ ‫التوازن الجنسي السابق‬ ‫في العائلة‪.‬‬

‫البكتيريا تيسر من هضم الطحالب‬

‫تساعد البكتيريا الضخمة التي تعيش‬ ‫داخل الجهاز الهضمي لألسماك المرجانية‬ ‫على هضم أنواع مختلفة من الطحالب‪،‬‬ ‫باإلضافة إلى إمكانية إسهامها كذلك في‬ ‫تطوير منتجات جديدة كالوقود الحيوي‪.‬‬

‫محيطنا الصغير يمر‬ ‫بظروف متطرفة تضعه‬ ‫في بؤرة االهتمام‬ ‫تكيف‬ ‫العالمي لفهم كيفية ُّ‬ ‫األحياء البحرية المهددة مع‬ ‫التغير المناخي الحالي‪.‬‬ ‫كارلوس دوارت‬

‫البحر األحمر هو منظومة بيئية مدهشة‬ ‫تتألف من أنظمة معقدة يمكن نمذجتها‪.‬‬ ‫لتوقع األحداث‬ ‫ُّ‬ ‫ويمكن استخدام هذه النماذج‬ ‫البيئية المتطرفة‪ ،‬ولمساعدة علماء البيئة في التركيز على‬ ‫المناطق المستهدفة لالستدامة‪ ،‬وكذا لتقييم إمكانية‬ ‫مصدرا للطاقة البديلة‪.‬‬ ‫استخدام البحر األحمر بوصفه‬ ‫ً‬

‫إبراهيم حطيط‬

‫وضع أول خريطة جينوم‬

‫أظهر أول تحليل للتسلسل الجينومي‬ ‫لألسماك المرجانية ‪ 28,926‬جينً ا‬ ‫منتجا للبروتين‪ ،‬ويساعد وضع خريطة‬ ‫ً‬ ‫للجينوم على إدارة الشعب المرجانية‬ ‫وفهم تطور األسماك فيها‪.‬‬

‫‪CREDITS: DESIGN: AMR RAHMA, SEA VIEW: RASICA/ SHUTTERSTOCK, SHORE LINE: NANOSTOCKPHOTO/ ISTOCK / GETTY‬‬ ‫‪IMAGES PLUS, CORAL REEFS: ANNA ROIK, FISH ILLUSTRATIONS: COURTESY OF THE INTEGRATION AND APPLICATION‬‬ ‫‪NETWORK, UNIVERSITY OF MARYLAND CENTER FOR ENVIRONMENTAL SCIENCE, MAP: PETER HERMES FURIAN/‬‬ ‫‪SHUTTERSTOCK, MANGROVE ILLUSTRATION: ROBERTDEWIT/ ©TURBOSQUID 2017‬‬

‫إدارة الشعب المرجانية‬

‫تؤوي الشعب المرجانية في‬ ‫السودان أسماكًا أكثر بنسبة‬ ‫‪ ،%62‬وكذا تزيد كتلتها الحيوية‬ ‫بنسبة ‪ %20‬بالمقارنة مع‬ ‫مثيالتها من الشعاب المرجانية‬ ‫في المملكة العربية السعودية‪،‬‬ ‫ومن الممكن أن تعود اإلدارة‬ ‫الواعية للشعب المرجانية في‬ ‫المملكة بالنفع على األنظمة‬ ‫اإليكولوجية لهذه الشعب‬ ‫المرجانية‪.‬‬

‫أبحاثنا الحديثة تُ َع ِّرف المنطقة الشمالية‬ ‫بالكامل من البحر األحمر‪ ،‬بطول ‪1500‬‬ ‫كيلومتر على الساحل‪ ،‬بأنها ملجأ للشعب‬ ‫المرجانية ذات األهمية العالمية‪ .‬علينا أن نبذل كل ما‬ ‫في وسعنا لوقف عوامل اإلجهاد األخرى الواقعة‬ ‫على الشعاب المرجانية‪ ،‬وحمايتها في هذه المنطقة‪.‬‬ ‫كريستيان فولسترا‬

‫أشجار المانجروف‬

‫المملكة‬ ‫العربية‬ ‫السعودية‬

‫جا ٍر العمل على مشروعات إعادة‬ ‫استزراع أشجار المانجروف في‬ ‫البحر األحمر؛ فقد زاد إجمالي‬ ‫مساحة الغطاء النباتي من ‪120‬‬ ‫كم‪ 2‬في عام ‪ 1972‬إلى ‪135‬كم‪2‬‬ ‫في عام ‪ ،2013‬بالرغم من‬ ‫حدوث فقد فيها نتيجة لألنشطة‬ ‫التنموية‪ ،‬وقطع األشجار‪ ،‬ورعي‬ ‫الماشية‪ .‬يعيش بين جذور‬ ‫المانجروف الرمادي (‪Avicenna‬‬ ‫نوعا على‬ ‫‪ )marina‬خمسة عشر ً‬ ‫األقل من الميكروبات التي ربما‬ ‫يكون لها استخدامات طبية أو قد‬ ‫تُ ستخدم في تنظيف التلوث‪.‬‬

‫ال‬

‫بحـر‬

‫األ‬

‫حمر‬

‫مصر‬

‫السودان‬

‫ملوحة عالية‬

‫البحر األحمر هو أحد‬ ‫الكتل المائية الكبيرة‬ ‫القليلة التي ال تتدفق‬ ‫إليها مياه نهر بصورة‬ ‫مستمرة‪.‬‬

‫ميكروبات أعماق البحار‬

‫بعض أنواع الميكروبات التي تعيش بالمنافس المائية‬ ‫الحرارية ربما يكون لها استخدامات في مجال الطاقة‬ ‫البديلة؛ إذ يمكن استخدامها في تنظيف مياه الصرف‬ ‫وتوليد الكهرباء في الوقت ذاته‪.‬‬

‫ِب َم ينفرد‬ ‫البحر األحمر؟‬

‫البحر األحمر مصدر‬ ‫مآلن بالموارد للمملكة‬ ‫العربية السعودية‪ ،‬بيد‬ ‫أنه ُي َع ُّد منطقة تتسم‬ ‫بالهشاشة‪ ،‬وال بد من‬ ‫توخي الحرص الشديد‬ ‫عند استخراج موارده‪.‬‬ ‫سوزانا أجوستي‬

‫العديد من األنواع التي تعيش في‬ ‫البحر األحمر ال توجد في أي مكان آخر‪.‬‬ ‫فإلى جانب الظروف المتفردة للبحر‬ ‫األحمر‪ ،‬تعطينا هذه الكائنات المستوطنة‬ ‫فيه نظرةً حول كيفية تكيف الكائنات‬ ‫األخرى مع الظروف المناخية المتغيرة‪.‬‬ ‫مايكل بيرومين‬

‫ويعـن ي ذلك أننــا نحتــاج إىل مجموعــات بيانية مفصلــة ودقيقــة لتقييم تأثـ يـر تقلُّبات‬ ‫التأرجــح الجنــو� لظاهــرة النينيــو عــى هطــول أ‬ ‫المطــار بالمنطقــة”‪.‬‬ ‫ب‬ ‫طــور الفريق ينموذجــا ألنماط هطــول أ‬ ‫المطار ف� الفـ تـرة ي ن‬ ‫ب� عامــي ‪ 1979‬و‪.2016‬‬ ‫ً‬ ‫َّ‬ ‫ي‬ ‫واشــتمل عىل مــزج بيانــات مأخوذة مــن مجموعــات بيانيــة مختلفــة‪ .‬حــدد الباحثون‬ ‫أول مــكان نطــاق تقــارب ريــاح البحــر أ‬ ‫ً‬ ‫الحمــر وشــدته‪ ،‬وأماكــن أنظمــة الضغــط‬ ‫َ‬ ‫ُ‬ ‫ِ‬ ‫آ‬ ‫المرتفــع والمنخفــض المصاحبــة لــه‪ .‬والكتشــاف الليــات المســؤولة عــن هطــول‬ ‫أ‬ ‫المطــار بعــد ذلــك‪ ،‬عملــوا عــى تحليــل متغـ يـرات مختلفــة مثــل الطاقــة الكامنــة‬ ‫المتوفــرة للحمــل الحــراري ‪ ،convective available potential energy‬والعمــود‬ ‫ـكل لبخــار المــاء المتكثــف والتبخــر‪.‬‬ ‫الـ‬ ‫الول للدراســة‪“ :‬ترتبــط كثافــة هطــول أ‬ ‫ييقــول هــاري داســاري المؤلــف أ‬ ‫المطــار‬ ‫بالتقــاء تدفُّقــات مختلفــة لبخــار المــاء‪ ،‬لــذا اســتخدمنا تحليــل مقــدار الرطوبــة‬ ‫لتحديــد مصــادر الرطوبــة ولتقديــر حجــم هطــول أ‬ ‫المطــار بالمنطقــة”‪.‬‬ ‫وجــد الباحثــون أن منطقــة التقــاء ريــاح البحــر أ‬ ‫الحمــر تتحــرك ف ي� اتجــاه‬ ‫الجنــو� لظاهــرة النينيــو‪ ،‬حاملــةً‬ ‫الشــمال خــال المرحلــة الدافئــة للتأرجــح‬ ‫بي‬ ‫أ‬ ‫ف‬ ‫ت‬ ‫ـببةً‬ ‫ـى تهطــل‬ ‫المزيــد مــن‬ ‫الرطوبــة مــن بحــر العــرب‪ ،‬ومتسـ ي� زيــادة اليــام الـ أ ي‬ ‫أ‬ ‫ف‬ ‫البــرد مــن‬ ‫و� زيــادة شــدتها‪ .‬وينتــج عــن ذلــك التقــاء الجــو‬ ‫فيهــا المطــار ي‬ ‫فئ‬ ‫الطبيعــي القــادم مــن الشــمال بالهــواء‬ ‫الــدا� القــادم مــن الجنــوب فــوق‬ ‫منطقــة التقــاء ريــاح البحــر أ‬ ‫الحمــر‪.‬‬ ‫ويقــول حطيــط‪“ :‬نحــن نعمــل عــى بنــاء نمــاذج متقدمــة للتوقعــات القصـ يـرة‬ ‫بالضافة إىل دراســة مــدى ارتباط التغـ يـرات ف ي� أنمــاط حركة دوران‬ ‫والطويلــة المدى‪ ،‬إ‬ ‫ـو� للنينيــو ت‬ ‫بحال�‬ ‫ـ‬ ‫الجن‬ ‫ـح‬ ‫ـ‬ ‫التأرج‬ ‫ـرة‬ ‫ـ‬ ‫ظاه‬ ‫ـدوث‬ ‫ـ‬ ‫ح‬ ‫ـنوات‬ ‫ـ‬ ‫س‬ ‫ـاء‬ ‫ـ‬ ‫أثن‬ ‫الريــاح العالميــة ف ي�‬ ‫ب‬ ‫ي‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫الطقــس والمنــاخ ف ي� البحــر الحمــر والعكــس”‪.‬‬ ‫أ‬ ‫�ض‬ ‫ــد‬ ‫كبــرا‪ ،‬يُ َع ُّ‬ ‫ومــع أن ي ُّ‬ ‫تغــر أنمــاط هطــول المطــار قــد ال يشــكل ًرا ي ً‬ ‫حــوض البحــر أ‬ ‫الحمــر موط ًنــا للكــوارث الطبيعيــة مثــل العواصــف ت‬ ‫ال�ابيــة‪،‬‬ ‫والجفــاف‪ ،‬والفيضانــات‪.‬‬ ‫وتــرى ســابرينا فيتــوري ‪-‬وهــي طالبــة دكتــوراة يـ شـرف عــى رســالتها مــارك جينتــون‬ ‫ورافاييــل هــارس‪ -‬أن “هــذه الظواهــر المناخيــة‬ ‫المتطرفة يمكــن أن تؤثر عىل المجتمعــات والبنية‬ ‫التحتيــة”‪ .‬ويمكن القــول أن التنبؤ بهــذه أ‬ ‫الحداث‬ ‫أمــر صعــب‪ ،‬ليــس فقــط ألنهــا نــادرة الحــدوث‪،‬‬ ‫ين‬ ‫أيضــا ألن مــن ي ن‬ ‫ماليــ� المجموعــات‬ ‫بــ�‬ ‫بــل ً‬ ‫البيانيــة عــد ًدا ضئيـ ًـا فقــط مــن هــذه البيانــات‬ ‫يتعلــق أ‬ ‫بالحــداث المتطرفــة‪ .‬ومــن شــأن زيــادة‬

‫ت‬ ‫ـى يجــري رصدهــا (مثــل درجــة الح ـرارة ورسعــة الريــاح) أن تزيــد‬ ‫عــدد المتغـ ي ِّـرات الـ ي‬ ‫ـدرا هائـ ًـا من‬ ‫مــن قــدرة نمــاذج المحــاكاة عــى التو ُّقــع بشــكل أكـ بـر‪ ،‬إال أنهــا تتطلــب قـ ً‬ ‫ال�اعــة الحصائية؛ مــن أجل تحديد مزيــج الظروف الذي يــؤدي إىل أ‬ ‫الحــداث المتطرفة‬ ‫إ‬ ‫ب‬ ‫وتوقُّعــه عــى النحــو الصحيــح‪.‬‬ ‫ين‬ ‫أســلوب�‪ :‬أولهمــا‬ ‫المتغــرات عامــةً أحــد‬ ‫وت َّت ِبــع نمــاذج المحــاكاة متعــددة‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫ت‬ ‫ت‬ ‫ـى تضبــط النمــوذج باســتخدام مجموعــة مــن المتغـ يـرات‬ ‫الســاليب البارام�يــة الـ ي‬ ‫لتقريــب ســلوك النمــوذج لمــا تصفــه البيانــات بأفضــل صــورة ممكنــة‪ .‬أمــا النــوع‬ ‫ـا� فهــو أ‬ ‫ن‬ ‫الســاليب الالبار ت‬ ‫ام�يــة‪ ،‬وهي طــرق إحصائيــة تُطابــق دالةً مــع البيانات‬ ‫الثـ ي‬ ‫ت‬ ‫لكنهــا ال تســتخدم اف�اضــات أو قيــو ًدا أساســية‪.‬‬ ‫والســلوب أ‬ ‫ـ� إيجابيــات وســلبيات‪ ،‬أ‬ ‫يقــول هــارس‪“ :‬لــكال النوعـ ي ن‬ ‫الفضــل يعتمــد‬ ‫أ‬ ‫ام�ية أكـ ثـر مرونةً مــن البار ت‬ ‫عــى التطبيق”‪ ،‬ويوضــح قائـ ًـا‪“ :‬الســاليب الالبار ت‬ ‫ام�ية‪،‬‬ ‫أ‬ ‫ممــا يجعلها أقــل عرضــةً للتحـ ي ّ ز‬ ‫الصغ�ة‪.‬‬ ‫ـر‪ ،‬ولكنهــا عاد ًة مــا تكــون مقيــد ًة بالبعــاد‬ ‫ي‬ ‫أمــا أ‬ ‫الســاليب البار ت‬ ‫ام�يــة‪ ،‬فيمكــن تطبيقهــا عــى المســائل بأبعــاد أكـ بـر بكثـ يـر‪ ،‬مثل‬ ‫كب� مــن مواقع الرصــد‪ ،‬ولكنها‬ ‫التطبيقــات المكانيــة ذات البيانــات المســجلة بعــدد ي‬ ‫واالف�اضات أ‬ ‫حساســة أ‬ ‫للخطــاء ف� المتغـ يـرات ت‬ ‫الساســية”‪.‬‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫ولقــد طــور الفريــق ف ي� أثنــاء إجــراء البحــث أدا ًة حاســوبية لتنفيــذ الســاليب‬ ‫ام�يــة‪ ،‬وأجــرى محــاكاة هائلــة ومنهجيــة ليقــارن أداء المـُــق َِّدر البار ت‬ ‫الالبار ت‬ ‫امــري‬ ‫ف‬ ‫ف‬ ‫ت‬ ‫والالبارامــري ي� مــا يصــل إىل خمســة أبعــاد ي� ظــل ســيناريوهات مختلفــة‪ .‬قدمــت‬ ‫البعــاد أ‬ ‫الســاليب رؤيــةً ثاقبــة عــى مســتوى أ‬ ‫هــذه أ‬ ‫العــى‪.‬‬ ‫يقــول جينتــون‪“ :‬يمكــن اســتخدام هــذه المـُــق َِّدرات لتطويــر نمــاذج أفضــل‬ ‫لمواقــع الظواهــر المتطرفــة وقوتهــا؛ للمســاعدة عــى تقييــم المخاطــر وتحديــد‬ ‫التغــر”‪.‬‬ ‫االتجاهــات وتقديــرات‬ ‫ي ُّ‬ ‫‪1. Chaidez, V. Dreano, D., Agusti, S., Duarte, C.M. & Hoteit, I.‬‬ ‫‪Decadal trends in Red Sea maximum surface temperature.‬‬ ‫‪Scientific Reports 7, 8144 (2017).‬‬ ‫‪2. Dasari, H. P., Langodan, S., Viswanadhapalli, Y., Vadlamudi,‬‬ ‫& ‪B. R., Papadopoulos, V. P.‬‬ ‫‪Hoteit, I. ENSO influence on the‬‬ ‫‪interannual variability of the‬‬ ‫‪Red Sea convergence zone and‬‬ ‫‪associated rainfall. International‬‬ ‫‪Journal of Climatology (2017).‬‬ ‫& ‪3. Vettori, S., Huser, R.‬‬ ‫‪Genton, M. G. A comparison of‬‬ ‫‪dependence function estimators‬‬ ‫‪in multivariate extremes. Statistics‬‬ ‫‪and Computing (2017).‬‬

‫توقعات العلماء حول‬ ‫مستقبل البحر األحمر‬

‫سيختلف مستقبل البحر األحمر عن ماضيه مع ُّ‬ ‫بالتغير المناخي‪ .‬وهناك حاجة إلى إيجاد نهج جديد‬ ‫تأثره‬ ‫ّ‬ ‫تكيف البحر األحمر مع ذلك التغيير‪.‬‬ ‫لفهم كيفية ّ‬

‫نماذج متقدة للتوقعات‬

‫ف� الجانــب المقابل اســتعد فريــق آخر‪ ،‬يقوده أ‬ ‫الســتاذ المســاعد ف ي� هندســة وعلوم‬ ‫يأ‬ ‫ـو� لظاهــرة النينيــو‬ ‫الرض إبراهيــم حطيــط‪ ،‬الكتشــاف كيفيــة تأثـ يـر التأرجــح الجنـ يب‬ ‫المطــار ف� منطقــة التقــاء ريــاح البحــر أ‬ ‫(‪ )ENSO‬عــى هطــول أ‬ ‫الحمــر ‪Red Sea‬‬ ‫ي‬ ‫‪ ،Convergence Zone‬وهــي منطقــة تتســم بالســماء الملبــدة بالغيــوم وبالــرذاذ‪،‬‬ ‫ممــا يتناقــض مــع حالــة الجــو الـ تـى تتمـ ي ز‬ ‫ـر باالعتــدال ف ي� المنطقــة‪.‬‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫ويوضــح حطيــط أن “حــوض البحــر الحمــر ضيــق‪ ،‬لــذا يتطلــب بيانــات مكانيــة‬ ‫عاليــة الدقــة للوصــول إىل وصــف دقيــق‬ ‫للتباينــات ف� منطقــة التقــاء رياح البحــر أ‬ ‫الحمر‪.‬‬ ‫ي‬

‫سفينة األبحاث «ثول» تتيح لمجتمع‬ ‫األبحاث البحرية بجامعة الملك عبد‬ ‫التحرك عبر‬ ‫الله للعلوم والتقنية‬ ‫ُّ‬ ‫مياه البحر األحمر الشاسعة غير‬ ‫َ‬ ‫حد كبير‪.‬‬ ‫المكتشفة إلى ٍّ‬

‫‪KAUST / TANE SINCLAIR-TAYLOR‬‬

‫تقــع جامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة (كاوســت) عــى ســاحل البحــر‬ ‫أ‬ ‫الحمــر‪ ،‬لــذا فهــي تحظــى بموقــع خــاص يســاعدها عــى استكشــاف هذا المســطح‬ ‫ف‬ ‫ئ‬ ‫ـكا� مــن الدراســة عــى مــدار التاريــخ‪ .‬تضــم‬ ‫المـ ي‬ ‫ـا� الــذي لــم يَح ـ َظ بالقــدر الـ ي‬ ‫ن‬ ‫كاوســت باحثـ يـ� مــن تخصصــات وخلفيــات علميــة مختلفــة إلج ـراء أبحــاث تزيــد‬ ‫مــن فهمنــا لهــذا البحــر المتمـ ي ز‬ ‫ـر‪.‬‬ ‫أ‬ ‫الحمــر هو أ‬ ‫والبحــر أ‬ ‫ف‬ ‫طبيعيا مــن ي ن‬ ‫ب� البحــار والمحيطــات الخــرى ي� جميع‬ ‫الدفــأ‬ ‫ًّ‬ ‫أنحــاء العالــم‪ ،‬بيــد أن باحثـ ي ن‬ ‫ـ� ف ي� كاوســت الحظــوا أن معــدل ارتفــاع درجــات حرارة‬ ‫عالميــا‪ ،‬ممــا قد يشــكل‬ ‫مياهــه بســبب التغـ يـر المناخــي تعــدت المتوســط المسـ َّـجل ًّ‬ ‫أ‬ ‫ت‬ ‫التكيــف بالرسعــة الكافيــة‬ ‫تحديًــا لقـ‬ ‫ـى تعيــش بالبحــر الحمــر عــى ُّ‬ ‫ـدرة الكائنــات الـ ي‬ ‫ف‬ ‫ـ� تنجــح ي� البقــاء‪.‬‬ ‫لـ ي‬ ‫التحليــات الـ تـى أجراهــا فريــق متعــدد االختصاصــات يضــم باحثـ ي ن‬ ‫ـ� مــن ثالثــة‬ ‫ي‬ ‫أقســام ف ي� كاوســت ‪ ،‬تقـ ِّـدم بيانــات حيوية من شــأنها أن تســاعد عىل توقُّع مســتقبل‬ ‫أ‬ ‫أ‬ ‫مجمعــة حول‬ ‫التنـ ُّـوع البيولوجــي للحيــاء البحريــة بالبحــر الحمــر إذا دعمتهــا أدلــة َّ‬ ‫التحمــل الحراريــة للكائنــات المحلية‪.‬‬ ‫حــدود ُّ‬ ‫تظهــر تحليــات البيانــات المجمعــة عــر أ‬ ‫القمــار الصناعيــة بـ ي ن‬ ‫ـ� عامــي ‪1982‬‬ ‫ُ‬ ‫ب‬ ‫َّ‬ ‫و‪ 2015‬أن درجــات الح ـرارة القصــوى لســطح البحــر أ‬ ‫الحمــر تــزداد بمعــدل ‪0.17‬‬ ‫درجــة مئويــة ‪ 0.07 ±‬درجــة مئويــة كل عقــد‪ ،‬أي أكـ ثـر مــن معــدل ارتفــاع درجــات‬ ‫الحــرارة العالميــة للمحيطــات وهــو ‪ 0.11‬درجــة مئويــة كل عقــد‪ .‬كمــا ي َّ ن‬ ‫تبــ� أن‬ ‫درجــات الحـرارة القصــوى لســطح البحــر ارتفعــت عــر حــوض البحــر أ‬ ‫الحمــر مــن‬ ‫ب‬ ‫شــماله إىل جنوبــه‪ ،‬إذ ســجلت درجــات الحـرارة أ‬ ‫ال ن‬ ‫د� ف ي� خليجــي الســويس والعقبــة‬ ‫ف� أقــى الشــمال‪ .‬ومــع هــذا‪ ،‬يشــهد الخليجــان أعــى معــدالت تغــر مقارنــةً ببا�ق‬ ‫ي ُّ‬ ‫ي‬ ‫ي‬ ‫الحــوض؛ إذ يفــوق معــدل ارتفــاع درجــات الحـرارة بهمــا أربعــة أضعــاف المتوســط‬ ‫العالمــي الرتفــاع درجــات ح ـرارة المحيطــات‪ .‬كمــا تشـ يـر الســجالت إىل أن درجــات‬ ‫الح ـرارة القصــوى لســطح البحــر تتقــدم بنحــو ربــع يــوم لــكل عقــد‪.‬‬ ‫تؤكــد طالبــة الدكتــوراة ف ي� علــم البحــار ف ي� كاوســت‪ ،‬يف�ونيــكا تشــايديز‪،‬‬

‫ـار هــذه المعــدالت‬ ‫أن ثمــة حاجــةً إىل أن تُق َِّيــم جهــود الرصــد الممنهجــة آثـ َ‬ ‫ت‬ ‫ـر� ابيضــاض الشــعب المرجانيــة‬ ‫الرسيعــة الرتفــاع درجــات الحـرارة عــى ظاهـ ي‬ ‫حاليــا لهــذا النــوع‬ ‫والنفــوق الجماعــي للكائنــات البحريــة‪.‬‬ ‫وحاليــا هنــاك غيــاب ًّ‬ ‫ًّ‬ ‫مــن جهــود الرصــد ف� البحــر أ‬ ‫الحمــر‪ ،‬بيــد أن تشــايديز تعمــل عــى اختبــار‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫الســعات الحراريــة لبعــض نباتــات وحيوانــات حــوض البحــر ي� المختـ بـر‪ .‬وقــد‬ ‫التحمــل‬ ‫نمــوذج‪ ،‬يدمــج بيانــات خاصــة بدرجــات الحــرارة وحــدود‬ ‫يســاعد‬ ‫ٌ‬ ‫ُّ‬ ‫وغ�هــا مــن البيانــات البيولوجيــة ذات الصلــة‪،‬‬ ‫الحراريــة للكائنــات البحريــة ي‬ ‫ئ‬ ‫ـ� ‪.‬‬ ‫عــى تو ُّقــع آثــار ارتفــاع درجــات الح ـرارة عــى النظــام البي ـ ي المحـ ي‬

‫تيسر‬ ‫البكتيريا العمالقة ِّ‬ ‫هضم الطحالب‬ ‫بكتيريــا تكافليــة عمالقــة تم ِّكــن ســمكة الجــراح التــي‬ ‫تعيــش بالبحــر األحمــر مــن تحديــد نوعيــة غذائهــا‬

‫‪B E S E‬‬

‫عند أعماق محددة‪ ،‬تُ َ‬ ‫جمع الماء ليخضع للتحليل‪.‬‬ ‫وي َ‬ ‫غلق األنابيب بجهاز السي تي دي ُ‬

‫‪KAUST‬‬ ‫‪TILL ROTHIG AND ANNA ROIK‬‬

‫أ‬ ‫تنو ًعا أقل خالل موســم الخريف‪،‬‬ ‫الحمــر ُّ‬ ‫عندما قدمــت الوفــرة الشــديدة ف ي� الغذاء‬ ‫مــا يكفــي مــن الطاقــة لنمــو العوالــق‬ ‫ف‬ ‫و� الوقــت ذاتــه‬ ‫الميكروبيــة‬ ‫ي‬ ‫الكبــرة‪ ،‬ي‬ ‫حـ َّـد انخفــاض مســتويات الدوامــات مــن‬ ‫احتكاك هذه العوالق ت‬ ‫بالمف�سات‪ .‬نتيجةً‬ ‫لذلــك اســتطاعت هــذه المجموعــات أن‬ ‫تســود مجتمعــات العوالــق الميكروبيــة‬ ‫وتق ِّلــل مــن ثرائهــا وتنوعهــا‪.‬‬ ‫ف‬ ‫و� موســم الربيــع‪ ،‬ســ َّهل ارتفــاع‬ ‫ي‬ ‫مســتويات الدوامــات مــن عثــور‬ ‫العوالــق الحيوانيــة ت‬ ‫المف�ســة عــى‬ ‫فريســتها وإبقــاء أعدادهــا تحــت‬ ‫الســيطرة‪ ،‬ممــا زاد مــن تنـ ُّـوع مجتمــع‬ ‫العوالــق الميكروبيــة‪.‬‬ ‫الشــمال مــن البحــر‬ ‫ف ي� الجــزء‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫الحمــر‪ ،‬تبقــى مســتويات الغــذاء‬ ‫الج ـزاء أ‬ ‫أقــل مــن أ‬ ‫الخــرى عــى مــدار‬ ‫العام‪ ،‬بيــد أن التغــرات الموســمية �ف‬ ‫ي ُّ‬ ‫ي‬ ‫غــرت تركيبــة المجتمعــات‬ ‫الدوامــات ي‬ ‫الميكروبيــة وبنيتهــا‪ ،‬بالرغــم مــن أن‬ ‫التغــرات كانــت أقــل وطــأ ًة عنهــا ف ي�‬ ‫ي‬ ‫الجنــوب‪.‬‬ ‫نموذجــا عمــره‬ ‫تدعــم هــذه النتائــج‬ ‫ً‬ ‫عامــا‪ ،‬يربــط بـ ي ن‬ ‫ـ� تركيــب المجتمــع‬ ‫‪ً 15‬‬ ‫ز‬ ‫الف�يائيــة مثــل‬ ‫الميكــرو� والعوامــل ي‬ ‫يب‬ ‫الدوامــات ووفــرة الغــذاء‪.‬‬ ‫أ‬ ‫يقــول يب�مــان‪« :‬الدراســة الصليــة‬ ‫كانــت قائمــةً عــى مجتمعــات العوالــق‬ ‫النباتيــة‪ ،‬بيــد أننــا اســتطعنا اســتهداف‬ ‫ـرو� بالكامــل مــن خالل‬ ‫المجتمــع الميكـ ب ي‬ ‫ن‬ ‫تحليــل التسلســل الجيــ ي ‪ ،‬وإثبــات‬ ‫أن النظريــة أ‬ ‫الصليــة ســارية ويمكــن‬ ‫تطبيقها عــى مجتمع العوالــق بأكمله»‪.‬‬

‫وبالرغــم مــن أ‬ ‫الدلــة الداعمــة‬ ‫الجديــدة‪ ،‬مــا زال النمــوذج قيــد‬ ‫التطويــر؛ إذ يعمل الباحثون عــى إدراج‬ ‫آثــار عوامــل إضافيــة‪ ،‬مثــل التيــارات‬ ‫المائيــة‪ ،‬بعــد توافُــر بيانــات جديــدة‪.‬‬ ‫ويضيــف يب�مــان ً‬ ‫قائــا‪« :‬ال يــزال‬ ‫كثــر مــن المعلومــات حــول البيئــة‬ ‫يٌ‬ ‫غــر معــروف‪ ،‬مــع أنهــا‬ ‫الميكروبيــة ي َ‬ ‫أ‬ ‫الفعــ� لشــبكات الغــذاء‪،‬‬ ‫الســاس‬ ‫ي‬ ‫والــدورات الكيميائيــة‪ ،‬وتثبيــت‬ ‫الكربــون‪ .‬مــن ال ـرض وري جـ ًّـدا معرفــة‬ ‫الميكــرو�‬ ‫كيفيــة اســتجابة المجتمــع‬ ‫بي‬ ‫للتغــر ف ي� درجــات الحــرارة والعنــارص‬ ‫ي ُّ‬ ‫والدوامــات‪ ،‬ال ســيما ف ي� ظــل‬ ‫الغذائيــة َّ‬ ‫التغــر المناخــي أو زيــادة ي ز‬ ‫تركــرات‬ ‫ي ُّ‬ ‫الملوثــات ف ي� غــذاء الكائنــات البحريــة‬ ‫ِّ‬ ‫نتيجــةً أ‬ ‫للنشــطة التنمويــة ش‬ ‫الب�يــة ف ي�‬ ‫المناطــق الســاحلية»‪.‬‬ ‫يخطط الفريق لالســتمرار ف� تحسـ ي ن‬ ‫ـ�‬ ‫ي‬ ‫فهمهم عــن طريــق دراســة المجتمعات‬ ‫الميكروبيــة عىل طــول المحــور ض‬ ‫العر�‬ ‫ي‬ ‫للبحــر أ‬ ‫بعيــدا عــن المؤثــرات‬ ‫الحمــر‬ ‫ً‬ ‫تأثــر‬ ‫الســاحلية‪ ،‬إ‬ ‫بالضافــة إىل إدراج ي‬ ‫ف‬ ‫حركــة دوران المــاء ي� نماذجهــم‪.‬‬ ‫‪Pearman, J.K., Ellis, J., Irigoien,‬‬ ‫‪X., Sarma, Y.V.B., Jones, B.H.‬‬ ‫‪& Carvalho, S. Microbial‬‬

‫ت‬ ‫ـ� تعيــش بالبحــر‬ ‫كشــفت أبحــاث جديــدة أن ســمكة الج ـراح الـ ي‬ ‫أ‬ ‫بكت�يــا عمالقــة ومتنوعــة مــن حيــث التمثيــل‬ ‫الحمــر تســتخدم ي‬ ‫ئ‬ ‫الغــذا� لتهضــم أنوا ًعــا مختلفــة مــن الطحالــب‪ .‬ال تفــر هــذه‬ ‫ي‬ ‫النتائــج أســاس تنـ ُّـوع ســمك الجـراح فحســب‪ ،‬بــل ربمــا تقــدم أيضا‬ ‫اثيــا ِّقي ًمــا ألبحــاث الوقــود الحيــوي‪.‬‬ ‫مــور ًدا ور ًّ‬ ‫اســتخدم فريــق بحـث دول بقيــادة باحثـ ي ن‬ ‫ـ� مــن جامعــة الملك‬ ‫ي ي‬ ‫النتاجيــة‬ ‫عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة (كاوســت) تقنيــات عاليــة إ‬ ‫لتحليــل التسلســل الجيــن ي لمجتمعــات الميكروبــات التكافليــة‬ ‫ت‬ ‫الــى تعيــش داخــل أمعــاء ســمك الجــراح‪ ،‬الــذي يتغــذى عــى‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫الطحالــب بالبحــر الحمــر‪ .‬وخلــص الباحثــون مــن خــال التحليــل‬ ‫البكت�يــا العمالقــة المعروفة‬ ‫الجينومــي إىل أن إحــدى مجموعــات‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫باســم إيبولوبيســيوم ‪ Epulopiscium‬تســود ي� هــذه المجتمعات‪،‬‬ ‫وأنهــا تفتقــر إىل التنـ ُّـوع الــذي يتســم بــه ميكروبيــوم الحيوانــات‬ ‫ال�يــة آكلــة العشــب‪.‬‬ ‫ب‬ ‫ويوضــح هــذا أ‬ ‫المــر العا ِلــم الباحــث بكاوســت‪ ،‬ديفيــد‬ ‫نجوجــي‪ ،‬الــذي قــاد هــذه الدراســة بقولــه‪« :‬يحتــاج تحلُّــل‬ ‫ف‬ ‫ال�يــة عــاد ًة إىل مزيــج‬ ‫الكتلــة الحيويــة النباتيــة ي� الفقاريــات ب ّ‬ ‫أ‬ ‫ف‬ ‫ت‬ ‫ـى تفرزهــا أحيــاء دقيقــة ي� الحشــاء‪ ،‬ويســتطيع‬ ‫مــن إ‬ ‫النزيمــات الـ ي‬ ‫مكونــات مختلفــة»‪ .‬تفتقــر الطحالــب إىل العديــد‬ ‫ـم‬ ‫ـ‬ ‫هض‬ ‫ـا‬ ‫ـ‬ ‫منه‬ ‫ٌّكل‬ ‫ِّ‬ ‫مكونــات الجــدران الخلويــة المعقــدة وعديــدات الســكريات‬ ‫مــن ِّ‬ ‫ف‬ ‫ين‬ ‫اللجنــ� والســليولوز‪ ،‬لــذا‬ ‫ال�يــة‪ ،‬مثــل‬ ‫الموجــودة ي� النباتــات ب‬ ‫يرجــح أن تتمكَّــن مجتمعــات ميكروبيــة أبســط مــن هضمهــا»‪.‬‬ ‫التعبــر الجيــن ي فروقــات أساســية‬ ‫ومــع ذلــك‪ ،‬كشــف تحليــل‬ ‫ي‬ ‫الــى تعيــش ف� ســمكة الجــراح الــىت‬ ‫بكت�يــا إيبولوبيســيوم ت‬ ‫ين‬ ‫بــ� ي‬ ‫ي‬ ‫ي‬ ‫ي‬ ‫ت‬ ‫ـى تتغــذى عــى الطحالب‬ ‫تتغــذى عــى الطحالــب الحمـراء وتلك الـ ي‬ ‫البنيــة‪ .‬ويقــول نجوجــي‪« :‬وفــق نــوع الطحالــب الـ ت‬ ‫ـى يتغــذى عليها‬ ‫ي‬ ‫النزيمــات المناســبة لتفكيــك‬ ‫اليبولوبيســيوم إ‬ ‫العائــل‪ ،‬تقــدم إ‬ ‫بكت�يــا إيبولوبيســيوم‬ ‫عديــدات الســكريات هــذه‪ ،‬لدرجــة أن أخــذ ي‬ ‫مــن عائــل يتغــذى عــى الطحالــب الحمـراء وزرعهــا ف ي� عائــل يتغذى‬ ‫ُو ِجد أن ســمك الجراح (أكانثوروس ســوهال) يتغذى على‬ ‫الطحالــب العشــبية أو الخيطيــة الحمراء والخضراء‪.‬‬

‫‪planktonic communities in the‬‬ ‫‪Red Sea: high levels of spatial‬‬ ‫‪and temporal variability‬‬ ‫‪shaped by nutrient availability‬‬ ‫‪and turbulence. Scientific‬‬ ‫‪Reports 7, 6611 (2017).‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪35 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫الغوص في أعماق البحر األحمر‬

‫المجتمعات الميكروبية تشهد‬ ‫إعادة تنظيم موسمي‬ ‫الحركات الدوامية ووفرة الغذاء يقودان التغييرات في البحر األحمر‬

‫أوضحــت دراســة أجراهــا العا ِلــم‬ ‫التغــرات‬ ‫الباحــث جــون يب�مــان أن‬ ‫ي ُّ‬ ‫الموســمية ف ي� حركــة الدوامــات البحرية‬ ‫إىل جانــب توا ُفــر الغــذاء‪ -‬تؤثــر عــى‬‫تشــكُّل المجتمعــات الميكروبيــة ف ي�‬ ‫البحــر أ‬ ‫الحمــر‪ .‬ويوضــح يب�مــان ذلــك‬ ‫ً‬ ‫اليكولوجيــة‬ ‫قائــا‪« :‬تعتمــد النظــم إ‬ ‫البحريــة المتنوعــة ف� أ‬ ‫ال ســاس‬ ‫ي‬ ‫عــى نمــط حيــاة الميكروبــات ومــا‬ ‫تفعلــه‪ .‬إن معرفــة كيفيــة اســتجابة‬ ‫الميكروبــات مهــم لفهــم كيــف‬ ‫ســيعمل النظــام البيــئ ي »‪.‬‬ ‫ت‬ ‫«س ي� دي»‬ ‫باســتخدام جهــاز ي‬ ‫بــ�ن‬ ‫لجمــع العينــات‪ ،‬الــذي مــزج ي‬ ‫اســطوانات مصفوفــة بشــكل دائــري‬ ‫لجمــع العينــات‪ ،‬ومجســات لقيــاس‬ ‫درجــة حــرارة المــاء وموصليتهــا‪،‬‬ ‫تمكــن الباحثــون بمركــز أبحــاث‬ ‫أرامكــو الســعودية لعلــوم البيئــة‬ ‫البحريــة بجامعــة الملــك عبــد هللا‬ ‫للعلــوم والتقنيــة (كاوســت) مــن‬ ‫أخــذ قياســات للميــاه‪ ،‬وجمعــوا‬ ‫عينــات إلجـراء تحاليــل عــى تجمعــات‬ ‫العوالــق الميكروبيــة ف ي� أج ـزاء متنوعــة‬ ‫مــن البحــر أ‬ ‫الحمــر خــال مواســم‬ ‫مختلفــة‪ .‬وأعطــى تحليــل التسلســل‬ ‫الجيــن ي للحمــض النــووي الريبــوزي‬ ‫الريبوســومي للميكروبــات الموجــودة‬ ‫لمحــات موجــزة‬ ‫بهــذه العينــات‪،‬‬ ‫ٍ‬ ‫حــول كيفيــة تغـ ي ُّـر هــذه المجتمعــات‬ ‫الميكروبيــة عــى مــدار الزمــن‪.‬‬ ‫بشــكل عــام‪ ،‬اكتشــف الفريــق‬ ‫البح ـث ي بقيــادة عا ِلمــي البحــار ســوزانا‬ ‫التنــوع‬ ‫كارفالهــو وبورتــون جونــز‪ ،‬أن‬ ‫ُّ‬ ‫ف‬ ‫ـو� مــن البحــر‬ ‫كان أكـ بـر ي� الجــزء الجنـ ب ي‬ ‫أ‬ ‫ف‬ ‫الحمــر‪َّ ،‬‬ ‫وأقــل ي� المنطقــة الوســطى‬ ‫منــه‪ .‬ومــع هــذا‪ ،‬تنوعــت المجتمعــات‬ ‫عــر جميــع المناطــق والمواســم ف ي�‬ ‫ب‬ ‫الشــمال والجنــوب‪.‬‬ ‫شــهدت المنطقــة الجنوبية مــن البحر‬ ‫‪ 34‬يناير ‪2018‬‬

‫‪KAUST‬‬

‫‪B E S E‬‬

‫َّ‬ ‫المؤلف‬ ‫إنزال جهاز «سي تي دي»‬ ‫من أنابيب مصفوفة في شكل دائري‬ ‫في الماء لقياس بعض الخصائص‬ ‫الكيميائية والفيزيائية من خالل عمود‬ ‫الماء (مثل درجة الملوحة‪ ،‬ودرجة‬ ‫الحرارة‪ ،‬والعمق‪ ،‬ونسبة االكسجين‬

‫مــن انتقــال صفــة محــددة إىل أ‬ ‫الجيــال التالية مــن عدمه عــن طريــق المرونة‬ ‫أ‬ ‫صمــم الدراســات بعناية»‪.‬‬ ‫العابــرة للجيــال‪ ،‬لــذا ال بد مــن أن تُ َّ‬

‫طرق التك ُّيف‬

‫‪KAUST‬‬

‫ف ي� العقــود المقبلــة‪ ،‬كمــا يقدمــون مجموعــةً شــاملةً مــن إالرشــادات العامة‬ ‫أ‬ ‫للبحــاث الجديــدة‪.‬‬ ‫آ‬ ‫دورا حيويًّا؛‬ ‫التكيــف الرسيــع هــذه ً‬ ‫يقــول أرانــدا‪« :‬الن‪ ،‬تــؤدي آليــات ّ‬ ‫ف‬ ‫للتكيــف عــن طريــق‬ ‫ألن تلــك الكائنــات ربمــا ال تمتلــك الوقــت‬ ‫الــكا� ُّ‬ ‫ي‬ ‫آ‬ ‫ف‬ ‫التطـ ُّـور الــور ث يا� الدارويـن ي ‪ .‬لذا يتمثــل هدفنا الرئيــس ي� اكتشــاف الليات‬ ‫أ‬ ‫ت‬ ‫ـى تســتطيع الكائنات البحرية اســتخدامها لالســتجابة‬ ‫الجزيئيــة الخرى الـ ي‬ ‫للضغــوط البيئيــة برسعــة وفاعليــة»‪.‬‬ ‫وتســمى القدرة عىل االســتجابة الرسيعــة للبيئات المتغـ يـرة مرونــةً ‪ .‬حيث‬ ‫يُعـ َـرف عــن الكثـ يـر مــن النباتــات والحيوانــات أنهــا تغـ ي ّـر مــن خصائصهــا‬ ‫ت‬ ‫التغ�ات‬ ‫تمرر هــذه ي ُّ‬ ‫الجســدية‪ ،‬أو ما يُعــرف بالنمط الظاهــري‪ ،‬ح� إنها قــد ِّ‬ ‫ف‬ ‫رض‬ ‫فعليــا ي� جيناتهــا‪ .‬ويـ ب‬ ‫ـرا ًّ‬ ‫مــن جيــل إىل آخــر دون أن يعكــس ذلــك تغيـ ي ً‬ ‫لنــا أرانــدا مثـا ً عــى المرونــة لــدى البـ شـر بذكــره للتغـ يـرات الـ ت‬ ‫ـى تطـرأ عــى‬ ‫ُّ‬ ‫ي‬ ‫عضالتنــا اســتجابةً الســتخدامها ف� أ‬ ‫العمــال البدنيــة‪ ،‬ممــا يغـ ي ّـر مــن قوتنــا‬ ‫ي‬ ‫ولياقتنــا وقدرتنــا عــى التحمــل لتتــاءم مــع بيئــات وظــروف محــددة‪.‬‬ ‫ـاس‪ ،‬الــذي يــدرس باســتخدام أســاليب جينوميــة اســتجابات‬ ‫ويقــول رافـ ي‬ ‫أســماك الشــعاب المرجانية لزيادة درجات الحرارة والحموضة ف ي� المحيطات‪:‬‬ ‫«تحــدث المرونــة العابرة أ‬ ‫للجيــال عندما تعـ ِّـدل الحيوانــات صفاتهــا الوراثية‬ ‫ت‬ ‫ـى تتعاون‬ ‫الالجينيــة‪ ،‬أي بتعديــل بال�وتينــات أو تغيـ يـر ي‬ ‫البكت�يــا التكافلية الـ ي‬ ‫ـال‬ ‫ـ‬ ‫الت‬ ‫ـل‬ ‫ـ‬ ‫الجي‬ ‫ـى‬ ‫ـ‬ ‫ع‬ ‫ه‬ ‫ـر‬ ‫ـ‬ ‫أث‬ ‫ـل‬ ‫معهــا عــى ســبيل المثــال‪ ،‬ويـ تـرك هــذا التعديـ‬ ‫َ‬ ‫ي‬ ‫ليلتقطــه ويســتخدمه إذا دعــت الـرض ورة إىل ذلــك»‪.‬‬ ‫�ث‬ ‫الدول‪ ،‬نتطلــع إىل ضمان‬ ‫ي‬ ‫ويضيف قائـ ًـا‪« :‬بالتعاون مع المجتمــع البح ي‬ ‫للتثبت من قــدرة الشــعاب المرجانيــة‪ ،‬ومــا يرافقها من‬ ‫إجـراء أبحــاث مفيــدة ُّ‬ ‫كائنــات‪ ،‬عــى اســتخدام المرونــة العابــرة أ‬ ‫للجيــال‪ .‬ومــن الصعوبــة التحقُّق‬

‫من اليسار‬ ‫إلى اليمين‪:‬‬ ‫مايكل بيرومين‪،‬‬ ‫وكريستيان‬ ‫فولسترا‪،‬‬ ‫ومانويل أراندا‪،‬‬ ‫وتيموثي‬ ‫رافاسي‪.‬‬

‫التكيفيــة وعلــم الوراثــة‬ ‫ويوضــح أرانــدا‪ ،‬الــذي يــدرس االســتجابات ُّ‬ ‫ً‬ ‫أجيــال‬ ‫الالجينيــة ف ي� الشــعاب المرجانيــة‪ ،‬أن التجــارب ال بــد أن تــدرس‬ ‫ـتخدم كنمــوذج للتح ُّقــق مــن المرونــة العابــرة‬ ‫عـ ّـدة للكائــن الحــي المسـ َ‬ ‫للجيــال‪ .‬أ‬ ‫أ‬ ‫ولن عمــر تلــك الشــعاب قــد يصــل لعقــود‪ ،‬وتســتغرق الكثـ يـر‬ ‫مــن الوقــت لتتكاثــر‪ ،‬يعمــل أراندا عــى حيوانــات أخــرى ذات صلــة‪ ،‬مثل‬ ‫شــقائق النعمــان أ‬ ‫(النيمــون) وقنديــل البحــر‪.‬‬ ‫ف‬ ‫ف‬ ‫«ضــع حيوانًــا بالغً ــا ي� بيئــة متغـ ي ّـرة‪ ،‬ي� ميــاه أدفــأ عــى ســبيل المثــال‪،‬‬ ‫وراقبــه لـ تـرى مــا إذا كان ســيتكيف بطريقـ ٍـة مــا‪ .‬ربمــا يلتقــط صغــاره الصفــة‬ ‫أ‬ ‫وولــدوا ف ي� الميــاه الدافئــة‪ .‬وللتأ ُّكــد مــن صحــة نظريــة‬ ‫ذاتهــا لنهــم تشـكَّلوا ُ‬ ‫أ‬ ‫ف‬ ‫ت‬ ‫ـى تتمتع‬ ‫المرونــة العابــرة للجيــال‪ ،‬اترك هــؤالء الصغــار يكـ بـرون ي� المياه الـ ي‬ ‫أ‬ ‫بظــروف طبيعيــة‪ ،‬ثــم أعدهــم بعــد أن يكـ بـروا – أحفــاد الحيـوان الول‪ -‬إىل‬ ‫آنيــةً عــى التأقلم مــع الظروف‬ ‫الميــاه الدافئــة مــرة أخــرى‪ .‬إذا أظهروا قــدر ًة َّ‬ ‫غـ يـر الطبيعيــة‪ ،‬فــإن ذلــك يؤكــد صحــة النظريــة»‪.‬‬ ‫للتكيف‬ ‫وثمة طريقــة أخرى قد تســتطيع الشــعاب المرجانية اســتخدامها ُّ‬ ‫رسيعــا‪ ،‬وهي تغيـ يـر الميكروبيــوم الخــاص بهــا –والميكروبيوم هــو مجموع‬ ‫ً‬ ‫البكت�يــا والطحالــب التكافليــة الـ تـى تعيــش داخــل أ‬ ‫النســجة المرجانيــة ف ي�‬ ‫ي‬ ‫ي‬ ‫عالقــة قائمــة عــى المنفعــة المتبادلــة‪ .‬يُعــرب خبـ يـر الشــعاب المرجانيــة‬ ‫المصاحبــة للحيوانــات المرجانيــة ربمــا‬ ‫البكت�يــا‬ ‫فولسـ تـرا عــن قناعتــه بــأن ي‬ ‫ِ‬ ‫تحمــل مفتــاح الصحــة المســتقبلية للشــعب المرجانيــة‪.‬‬ ‫البكت�ية موجــودة ف ي� جميع الكائنات‬ ‫ويقول فولسـ تـرا‪« :‬العالقة التكافليــة ي‬ ‫ف‬ ‫ـكا� مــن االهتمــام والدراســة حــىت‬ ‫ّ‬ ‫الحيــة‪ ،‬ومــع ذلــك‪ ،‬لــم تحـ َظ بالقــدر الـ ي‬ ‫البكت�يا تصاحب الشــعاب‬ ‫وقت قريــب‪ .‬أثبتنا مؤخـ ًـرا أن أنوا ًعا مختلفــة من ي‬ ‫المرجانيــة ف ي� الميــاه الدافئــة‪ ،‬ممــا يشـ يـر إىل أنهــا ربمــا تزيــد مــن قدرتها تلك‬ ‫تحمــل درجــات الحـرارة المرتفعة‪ ،‬عىل ســبيل المثــال»‪ .‬يعمل‬ ‫الشــعب عىل ُّ‬ ‫ت‬ ‫حاليــا عــى تحليــل الميكروبــات المختلفــة‪ٌّ ،‬كل عــى حــدة‪،‬‬ ‫فريــق فولســرا ًّ‬ ‫لمعرفــة كيــف يؤثــر ٌّكل منها عــى صحــة الشــعاب المرجانية‪.‬‬ ‫أيضــا‪،‬‬ ‫ويضيــف فولسـ تـرا‪« :‬نحــن نــدرس المكونــات القابلــة للتوريــث ً‬ ‫ـورا مــن بيئــات مختلفــة للـ ت ز‬ ‫ـر ُاوج‪ ،‬ونتتبــع الميكروبــات‬ ‫فنجلــب إناثًــا وذكـ ً‬ ‫أ‬ ‫المصاحبــة لنســلها‪ ،‬وأظهــرت هــذه البيانــات الجديــدة أن هــذا المــر‬ ‫ـورث بدرجـ ٍـة مــا»‪.‬‬ ‫يُـ َ‬ ‫ن‬ ‫ت‬ ‫ـى تبـ ي الحواجــز المرجانيــة تســتطيع‬ ‫إذا كانــت الشــعاب المرجانيــة الـ ي‬ ‫تمريــر المعلومــات المهمــة إىل نســلها عــن طريــق المرونــة العابــرة‬ ‫أ‬ ‫للجيــال‪ ،‬فربمــا لــن تكــون الصــورة المســتقبلية لهــا قاتمــةً كمــا يتخـ َّـوف‬ ‫ن‬ ‫ن‬ ‫العلمــاء‪ .‬ومــع هــذا‪ ،‬يشـ يـر يب�ومـ يـ� إىل أن عــى الباحثـ يـ� أن يُبقــوا عــى‬ ‫منظــور واســع لهــذا الوضــع رسيــع التغـ ي ّـر‪.‬‬ ‫ويقــول‪« :‬ال بــد أن نســتمر ف ي� دمــج دراســات أك�ث شـ ً‬ ‫ـمول حول تلك الشــعاب‬ ‫لوجيــا كامـ ًـا ف ي� أثنــاء دراســتنا لتعقيــدات الوراثة‬ ‫المرجانيــة باعتبارهــا ً‬ ‫نظامــا إيكو ًّ‬ ‫الالجينيــة‪ .‬وتُ َعـ ُّـد أفكارنا نقطــة البدايــة الـ ت‬ ‫ـى نأمل أن تنشــأ عنها مشــاريع بحثية‬ ‫ي‬ ‫وسيسـ ِـهم ذلــك ف ي� الوصــول إىل فهم‬ ‫مبتكرة ومنقحة ومعياريــة عىل نحـ ٍـو ب‬ ‫أك�‪ُ .‬‬ ‫سهم ف ي� تحقيق إدارة واعية للنظم إاليكولوجية‬ ‫أشمل لشعابنا المرجانية‪ ،‬وربما يُ ِ‬ ‫البحرية ف ي� المســتقبل‪ ،‬عندما يتضح التأثـ يـر الكامل للتغـ ي ُّـر المناخي»‪.‬‬ ‫‪Torda, G., Donelson, J. M., Aranda, M., Barshis, D. J., Bay, L.,‬‬ ‫‪Berumen, M. L. et al. Rapid adaptive responses to climate‬‬ ‫‪change in corals. Nature Climate Change 7, 627-636 (2017).‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪37 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫الغوص في أعماق البحر األحمر‬

‫‪SOU MIYAKE‬‬

‫تنوع سمك‬ ‫تساعد بكتيريا إيبولوبيسيوم على تفسير ُّ‬ ‫خصص نوعية غذائها‪.‬‬ ‫الجراح وتَ ُّ‬

‫«نشــأ هذا النوع من التكافل‬ ‫الهادف الستغالل موارد‬ ‫غذائية محددة بالشعاب‬ ‫المرجانية على مدى فترات‬ ‫زمنية من التطور»‪.‬‬ ‫تخمــر الطحالــب ستســاعد‬ ‫اليبولوبيســيوم عــى‬ ‫إن قــدرة إ‬ ‫ي‬ ‫وراثيــا ِّقي ًمــا لتطويــر الوقــود الحيــوي‬ ‫عــى جعلهــا مــور ًد ا‬ ‫ًّ‬ ‫القائــم عــى الطحالــب‪ .‬كمــا تلقــي هــذه النتائــج الضــوء عــى‬ ‫أ‬ ‫ت‬ ‫ن‬ ‫أساســا‬ ‫ـى تُ َعـ ُّـد ً‬ ‫العالقــة بـ يـ� الغــذاء والســماك والميكروبــات الـ ي‬ ‫لتنــوع مجتمعــات الشــعاب المرجانيــة‪ .‬يقــول نجوجــي‪« :‬نشــأ‬ ‫ُّ‬ ‫هــذا النــوع مــن التكافــل الهــادف الســتغالل مــوارد غذائيــة‬ ‫محــددة بالشــعاب المرجانيــة عــى مــدى ت‬ ‫فــرات زمنيــة مــن‬ ‫أمــرا يمكــن‬ ‫التطــور‪ ،‬كمــا ي‬ ‫تشــر بياناتنــا إىل أن ذلــك ليــس ً‬ ‫قصــرة»‪.‬‬ ‫مــدة‬ ‫خــال‬ ‫إنشــائه‬ ‫اكتســابه أو إعــادة‬ ‫ي‬ ‫‪Ngugi, D.K., Miyake, S., Cahill, M., Vinu, M.,‬‬ ‫‪Hackmann, T., Blom, J., Tietbohl, M., Berumen,‬‬ ‫‪M.L. & Stingl, U. Genomic diversification of giant‬‬ ‫‪enteric symbionts reflects host dietary lifestyles.‬‬ ‫‪Proceedings of the National Academy of Sciences‬‬ ‫‪114, E7592–E7601 (2017).‬‬

‫‪ 36‬يناير ‪2018‬‬

‫‪KAUST‬‬

‫عــى الطحالــب البنيــة غــر ممكــن‪ ،‬الختــاف قدرتهــا أ‬ ‫اليضيــة‬ ‫ي‬ ‫عــى هضــم مــا يتناولــه العائــل آ‬ ‫الخــر»‪.‬‬ ‫تنــوع ســمك الجــراح‬ ‫يســاعد هــذا التخصــص عــى‬ ‫ي‬ ‫تفســر ُّ‬ ‫ت‬ ‫الــذي يعيــش ف ي� الشــعاب المرجانيــة‪ .‬ويقــرح الباحثــون‬ ‫بكت� يــا إيبولوبيســيوم التكافليــة إىل ثالثــة أجنــاس‪.‬‬ ‫تقســيم ي‬ ‫ف‬ ‫بكت� يــا‬ ‫أيضــا عمليــات‬ ‫تتبــع الفريــق ً‬ ‫التعبــر الجيــن ي ي� ي‬ ‫ي‬ ‫َّ‬ ‫إيبولوبيســيوم عــى مــدار اليــوم‪ ،‬ووجــد أنهــا ا تَّســقت مــع‬ ‫نمــط حيــاة العائــل‪ ،‬فقــد نشــطت الجينــات المرتبطــة بعمليــة‬ ‫الهضــم ف ي� أثنــاء النهــار عندمــا يتنــاول العائــل غــذاءه‪ .‬يقــول‬ ‫مثــرا حقًّــا»؛ ألنــه يثبــت بمــا ال يــدع‬ ‫نجوجــي‪« :‬كان ذلــك ي‬ ‫مجــال للشــك دور البكت� ًيــا العمالقــة ف� أ‬ ‫ً‬ ‫المعــاء‪.‬‬ ‫ي‬ ‫ي‬

‫هل يمكن أن تتغير‬ ‫الشعاب المرجانية‬ ‫مع مرور الزمن؟‬ ‫ربما تساعد االستجابات الطبيعية المرنة التي تبديها‬ ‫التكيف‬ ‫النظم اإليكولوجية للشعاب المرجانية على‬ ‫ُّ‬ ‫التغير المناخي‪.‬‬ ‫السريع مع‬ ‫ُّ‬

‫‪B E S E‬‬ ‫تواجــه الشــعاب المرجانيــة ومــا تدعمــه مــن نظــم إيكولوجيــة تهديـ ًـدا‬ ‫ت‬ ‫حدثهــا التغـ ي ّـر المناخــي عــى البيئات‬ ‫ـى يُ ِ‬ ‫بســبب التعديــات الرسيعــة الـ ي‬ ‫ت‬ ‫ـاليبا‬ ‫تكيفــت عــى العيش فيهــا‪ .‬وقــد تمتلــك الشــعاب المرجانية أسـ ً‬ ‫ـى ّ‬ ‫الـ ي‬ ‫ف‬ ‫للتكيــف ُبمعـ َّـدالت أرسع مما كان يظــن العلماء ي� الســابق‪ ،‬غـ يـر أن حدود‬ ‫ـ� فهمــا كامـ ًـا إىل آ‬ ‫هــذه أ‬ ‫الن‪.‬‬ ‫الســاليب ونطاقهــا ال يـزاالن غـ يـر‬ ‫مفهومـ ي ن ً‬ ‫َ‬ ‫ث‬ ‫افــاس ومايــكل‬ ‫وتيمــو� ر‬ ‫يعمــل العلمــاء البحريــون مانويــل أرانــدا‬ ‫ي‬ ‫ي‬ ‫يب�ومـ ي ن‬ ‫ـ� وكريســتيان فولسـ تـرا‪ ،‬بجامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة‬ ‫دول مــن الخـ بـراء‪ ،‬عــى دراســة مجموعــة‬ ‫(كاوســت)‪،‬‬ ‫بالتعــاون مــع فريــق ي‬ ‫متنوعــة مــن آ‬ ‫الليــات الـ ت‬ ‫التكيــف والنجاة‬ ‫ـى‬ ‫ـ‬ ‫ع‬ ‫ـعاب‬ ‫ـ‬ ‫الش‬ ‫تلك‬ ‫ـاعد‬ ‫ـ‬ ‫تس‬ ‫ربما‬ ‫ـى‬ ‫ُّ‬ ‫ي‬

‫‪ANNA ROIK‬‬

‫تعتمــد الشــعاب المرجانيــة ف� أ‬ ‫الســاس عــى العالقــة التكافليــة‬ ‫ي‬ ‫ن‬ ‫ن‬ ‫ـا� والخاليــا النباتيــة الدينوفالجيــات مــن نــوع‬ ‫بـ يـ� الحيــوان المرجـ ي‬ ‫ف‬ ‫ت‬ ‫ال� تمد المرجانيــات بالطاقة ي� مقابل‬ ‫ســيبيودينيوم ‪ Symbiodinium‬ي‬ ‫ن‬ ‫ـا� أكســيد الكربــون‪ .‬اكتشــف الباحثون‬ ‫الحصــول منهــا عىل الغــذاء وثـ ي‬ ‫أن نبات الســيبيودينيوم الــذي يعيش بمفــرده يتأقلم مع الميــاه عالية‬ ‫الملوحــة عــن طريق إنتاج وحشــد مركبــات أســموزية عضويــة متوافقة‬ ‫(‪ )COO‬لضبــط الضغــط أ‬ ‫الســموزي الخــاص بها‪ .‬وكشــف مسـ ٌـح أُجري‬ ‫التــوال‬ ‫عــى مــزارع لنباتــات الســيبيودينيوم بعــد تعريضهــا عــى‬ ‫ي‬ ‫لمســتويات منخفضــة وطبيعيــة ومرتفعــة مــن الملوحــة‪ ،‬أن مركــب‬ ‫الفلوريدوســيد كربوهيــدرات متوافــر ف ي� جميــع الطحالــب والشــعاب‬ ‫المرجانيــة تب�كـ ي ز‬ ‫ـرات عاليــة ف ي� البيئــات مرتفعــة الملوحــة‪.‬‬ ‫يقــول روثيــج‪« :‬يم ِّثــل تصنيــع مركبــات المجموعــة ‪ًّ COO‬‬ ‫حــا‬ ‫ومجديًــا لتحقيــق تــوازن أســموزي‪ .‬ويثبت‬ ‫ً‬ ‫رسيعــا‪ ،‬وطويــل المــدى‪ُ ،‬‬ ‫بحثنــا أن فلوريدوســيد الكربوهيــدرات يُســتخدم باعتبــاره مرك ًّبــا‬ ‫أســموزيًّا محفوظًــا لمســاعدة نباتــات الســيبيودينيوم والشــعاب‬ ‫أ‬ ‫تغــر‬ ‫للتكيــف مــع ي ُّ‬ ‫المرجانيــة عــى ضبــط ضغطهــا الســموزي ُّ‬ ‫مســتويات الملوحــة»‪.‬‬ ‫ت‬ ‫فولســرا أن‬ ‫ويضيــف قائــد الفريــق البحــث ي كريســتيان‬ ‫الفلوريدوســيد يمكنــه الســهام ف� مقاومــة مركبــات أ‬ ‫ين‬ ‫كســج�‬ ‫ال‬ ‫إ‬ ‫ي‬ ‫ت‬ ‫الجهــاد الناجــم عــن ارتفــاع الملوحــة‪.‬‬ ‫ـى تُن َتــج عنــد إ‬ ‫التفاعليــة الـ ي‬ ‫أ‬ ‫ن‬ ‫ويوضــح ً‬ ‫التعرض‬ ‫قائل‪« :‬تُن َتــج مركبــات الكسـ ي‬ ‫ـج� التفاعلية عنــد ُّ‬

‫تعرضت‬ ‫شعاب مرجانية َّ‬ ‫لالبيضاض في سواحل‬ ‫جزيرة فرسان‪ .‬ظاهرة‬ ‫ابيضاض الشعاب‬ ‫أثرا‬ ‫عد ً‬ ‫المرجانية‪ ،‬التي تُ ُّ‬ ‫مرئيا للتغير المناخي‪ ،‬تحدث‬ ‫ًّ‬ ‫عندما تفقد تلك الشعاب‬ ‫المرجانية المجهدة نبات‬ ‫الدينوفالجيالت التكافلي‬ ‫الذي يعيش بها‪ .‬ويتبقى‬ ‫نسيج البوليب الشفاف‬ ‫الكاشف للهيكل األبيض‬ ‫لها للشعاب المرجانية‪.‬‬ ‫ويعقب ابيضاض المرجان‬ ‫نفوقه وفقدان أعداد من‬ ‫األسماك وأنواع أخرى من‬ ‫الكائنات التي تعيش في‬ ‫الشعاب المرجانية‪.‬‬

‫أيضا عنــد التعـ ُّـرض إلجهــاد الحرارة؛‬ ‫إلجهــاد الملوحــة‪ ،‬ولكنهــا تُن َتــج ً‬ ‫إذ تتســبب ف ي� ابيضــاض الشــعاب المرجانيــة‪ .‬لــذا فــإن الجــزيء ذاته‬ ‫الــذي يضبط التــوازن أ‬ ‫الســموزي ويحمــي الدينوفالجيالت والشــعاب‬ ‫الجهــاد الناجــم عــن ارتفــاع الملوحــة ربمــا يُســهم‬ ‫المرجانيــة مــن إ‬ ‫ف‬ ‫تحمــل الحــرارة بســبب‬ ‫ً‬ ‫أيضــا‪ ،‬دون قصــد‪ ،‬ي� زيــادة قدرتهــا عــى ُّ‬ ‫خواصــه المزيلــة لمركبــات أ‬ ‫الكسـ ي ن‬ ‫ـج� التفاعليــة»‪.‬‬ ‫يــرى روثيــج أن معرفــة كيفيــة تأثـ يـر تغـ ي ُّـر الملوحة عىل الشــعاب‬ ‫المرجانيــة يحمــل انعكاســات مهمــة عــى إدارتهــا‪ ،‬ال ســيما مــع‬ ‫التغــر المناخــي ف ي� االعتبــار‪ .‬ويقــول‪« :‬عــى ســبيل‬ ‫وضــع آثــار‬ ‫يّ‬ ‫المثــال‪ ،‬قــد ال يوفــر ت‬ ‫المقاومــة‬ ‫المرجانيــة‬ ‫الشــعاب‬ ‫نقــل‬ ‫ح‬ ‫مقــر‬ ‫ِ‬ ‫الرتفــاع درجــات الحـرارة من البحــر أ‬ ‫الحمــر وزرعهــا ف ي� بيئــات أخرى‬ ‫المقاومــةَ المطلوبــة ضــد ارتفاع درجــات الحـرارة ف ي� البيئــة الجديدة‬ ‫أ‬ ‫القــل ملوحــة‪ .‬وعــى النقيــض‪ ،‬فــإن زيــادة ملوحــة المــاء ف ي� بعض‬ ‫أ‬ ‫الماكــن ربمــا تســاعدها الشــعاب المرجانيــة عــى أن تكــون أكــرث‬ ‫الجهــاد»‪.‬‬ ‫تحمــل إ‬ ‫قــدر ًة عــى ُّ‬ ‫‪Ochsenkühn, M.A., Röthig, T., D’Angelo, C.,‬‬ ‫‪Wiedenmann, J. & Voolstra, C. The role of floridoside‬‬ ‫‪in osmoadaptation of coral algal AQ1 endosymbionts‬‬ ‫‪to high-salinity conditions. Science Advances 3,‬‬ ‫‪e1602047 (2017).‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪39 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫عدل الخاليا النباتية‬ ‫عند ارتفاع درجة الملوحة‪ ،‬تُ ِّ‬ ‫الدقيقة التي تعيش داخل أنسجة الشعاب المرجانية‬ ‫نحو أفضل مع اإلجهاد‬ ‫ِ‬ ‫مستقبالتها لتتأقلم على ٍ‬

‫‪ 38‬يناير ‪2018‬‬

‫يمكــن للنباتــات الدقيقــة المعروفــة باســم الدينوفالجيــات‬ ‫ت‬ ‫ـى تعيــش داخــل خاليــا الشــعاب المرجانيــة‬ ‫(الثنائيــات َّ‬ ‫الســوط) الـ ي‬ ‫أ‬ ‫أن تســاعد عــى تنظيــم الضغــط الســموزي (انتقــال جزيئــات المــاء‬ ‫كــر إىل المحلــول أ‬ ‫مــن المحلــول أ‬ ‫العــى ف� ت‬ ‫القــل ي ز‬ ‫ال� ي ز‬ ‫ترك�اً)داخــل‬ ‫ي‬ ‫المرجانيــات لمســاعدتها عــى التأقلــم عــى نحـ ٍـو أفضــل مــع البيئــة‬ ‫عاليــة الملوحــة‪ .‬ويشـ يـر باحثــون بجامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم‬ ‫والتقنيــة (كاوســت) إىل أن هــذا ربمــا يكــون أحــد أرسار الشــعاب‬ ‫المرجانيــة بالبحــر أ‬ ‫الحمــر والخليج العـ ب ت‬ ‫ـدرة عالية‬ ‫ال� ت َّتســم بقـ ٍ‬ ‫ي‬ ‫ـر�‪ ،‬ي‬ ‫ف‬ ‫تحمــل درجــات الحـرارة المرتفعــة ي� الميــاه شــديدة الملوحــة‪.‬‬ ‫عــى ُّ‬ ‫كب� وقيمة اقتصادية عالية‪،‬‬ ‫بتنوع بيولوجي ي‬ ‫تتمتع الشــعاب المرجانية ُّ‬ ‫ومع ذلــك تواجــه هــذه النظم البيئيــة الحيويــة تهديــدات بســبب ارتفاع‬ ‫ت‬ ‫ـى ترفــع مــن وتـ يـرة ظاهــرة ابيضــاض الشــعاب‬ ‫درجــات ح ـرارة الميــاه الـ ي‬ ‫المرجانيــة محليــا وعالميــا‪ .‬ويــدرس الباحثــون بكاوســت ت‬ ‫اســراتيجيات‬ ‫ًّ‬ ‫ًّ‬ ‫ف‬ ‫الحد من فقــدان الشــعاب المرجانية ف ي� المســتقبل‪ .‬ويوضح‬ ‫للإســهام ي� ِّ‬ ‫ذلــك طالب الدكتــوراة تيل روثيج‪ ،‬الــذي قاد الورقة البحثيــة بالتعاون مع‬ ‫جرى دراســات‬ ‫زميله باحــث ما بعد الدكتوراة مايكل أوشــينكوهن بقوله‪« :‬تُ َ‬ ‫مكثفــة عــى آثــار التغـ ي ّـر ف ي� درجــات الح ـرارة والحموضــة عــى الشــعاب‬ ‫المرجانيــة‪ ،‬ف� حـ ي ن‬ ‫ـ� لــم تحـ َظ التغـ ي ُّـرات ف ي� الملوحــة‪ ،‬المرتبطــة بالتغـ ي ُّـر‬ ‫ي‬ ‫المناخــي‪ ،‬وآثارهــا عىل هــذه الشــعاب ســوى بالقليل مــن االهتمــام»‪.‬‬

‫‪TILL ROETHING‬‬

‫مساعدة‬ ‫الشعاب المرجانية‬ ‫على التأقلم مع‬ ‫الضغوط‬

‫‪B E S E‬‬

‫احتماالت ممكنة لمعالجة‬ ‫السرطان بطب األعشاب‬ ‫مدببــة تســاعد الطــاءات المضــادة للميكروبــات‬ ‫مضافــات ذات نتــوءات َّ‬ ‫علــى استشــعار وكبــح نمــو البكتيريــا علــى أدوات طــب األســنان‪.‬‬

‫‪P S E‬‬

‫‪SOU MIYAKE / TILL ROTHIG AND ANNA ROIK / KAUST‬‬

‫‪TETRA IMAGES / GETTY IMAGES‬‬

‫مناســبة وإتاحتهــا كعالجــات رسيريــة للرسطــان‪ .‬تقول‬ ‫ت‬ ‫ـى ُحـ ّـددت ف ي�‬ ‫دينــا‪« :‬ســتحتاج المركبــات الفعالــة الـ ي‬ ‫الدراســة إىل تقييــم وتوصيــف بشــكل أفضــل»‪« .‬كمــا‬ ‫أن المركبــات الفعالــة بحاجــة ألن تُركّب وتُختـ ب َـر داخل‬ ‫الجســم الحــي»‪.‬‬ ‫ـال‬ ‫ـ‬ ‫ع‬ ‫ـح‬ ‫ـ‬ ‫المس‬ ‫ـتخدام‬ ‫ـ‬ ‫اس‬ ‫ة‬ ‫ـو‬ ‫ـ‬ ‫ق‬ ‫ـة‬ ‫ـ‬ ‫اس‬ ‫ر‬ ‫الد‬ ‫تثبــت هــذه‬ ‫ّ‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫المحتــوى المعتمــد عــى التصويــر‪ ،‬ي� الكشــف عــن‬ ‫معلومــات حــول النشــاط الحيــوي للمــوارد الطبيعيــة‬ ‫غـ يـر المعروفــة‪ .‬كمــا أنهــا تســلط الضــوء عــى فرصــة‬ ‫التوصــل إىل اكتشــافات ث‬ ‫أكــر إثــارة ي ن‬ ‫بــ� المــوارد‬ ‫الطبيعيــة ف ي� المملكــة العربيــة الســعودية‪ ،‬وفــق دينا‪.‬‬

‫المقاومــة للمضــادات‬ ‫البكت� يــا‬ ‫تســبب‬ ‫ي‬ ‫الســطح أ‬ ‫الــى تســتعمر ِ أ‬ ‫الحيويــة ت‬ ‫والدوات‬ ‫ي‬ ‫الطبيــة‪ ،‬زيــاد ًة ســنويةً ‪-‬مثـ يـر ًة للقلــق‪ -‬ف ي� عدد‬ ‫المـ ض‬ ‫ـر� المصابـ ي ن‬ ‫ـ� بالعدوى ف ي� المستشــفيات‬ ‫والعيــادات‪ .‬ويعمــل فريــق مــن جامعــة‬ ‫الملــك عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة (كاوســت)‬ ‫عــى الحــد مــن هــذه أ‬ ‫العــداد باســتخدام‬ ‫النزيمــات الطبيعيــة‬ ‫ذك‪ ،‬يغـ ي ّـر لــون إ‬ ‫بوليمــر ي‬ ‫وينشــطها‪ ،‬بمجــرد‬ ‫المضــادة للميكروبــات ِّ‬ ‫بكتــري‪.‬‬ ‫تلــوث ي‬ ‫الكشــف عــن أي ُّ‬ ‫للبكت� يــا اللعابيــة‬ ‫التعــرض المســتمر‬ ‫ي‬ ‫يجعــل أدوات طب أ‬ ‫الســنان ‪-‬كألــواح التصوير‬ ‫أ‬ ‫بالشــعة الســينية المعــاد اســتخدامها‪ -‬بيئــات‬ ‫أ‬ ‫مثاليــة للغشــية الحيويــة ش‬ ‫ال�ســة‪ .‬وأحــد‬ ‫أ‬ ‫الحلــول لهــذه المشــكلة هــو تغليــف الجهــزة‬ ‫ت‬ ‫الــى تتضمــن بلــورات نانويــة‬ ‫بالبوليمــرات ي‬ ‫تطلــق ببــطء أيونــات الفضــة‪ ،‬بوصفهــا‬ ‫مبيــدا حيويًّــا واســع الطيــف‪ .‬إال أن تحــدي‬ ‫ً‬ ‫رشــح الجســيمات النانويــة‪ ،‬أحبــط تقــدم‬ ‫هــذه التقنيــة‪.‬‬ ‫أ‬ ‫ف‬ ‫نيفـ ي ن‬ ‫ـ� خشــاب‪ ،‬الســتاذ المشــارك ي� علوم‬ ‫ف‬ ‫الكيميــاء ي� كاوســت‪ ،‬وطالبــة الدكتــوراة‬ ‫ت‬ ‫ـى تعمــل تحــت شإ�افهــا‪،‬‬ ‫شــهد الســياري الـ ي‬ ‫أ‬ ‫وزمالؤهمــا مــن مركــز الغشــية والمــواد‬ ‫المســامية المتقدمــة التابــع للجامعــة‪ ،‬أدركــوا‬ ‫أن التحــول إىل اســتخدام جســيمات الذهــب‬

‫النانويــة‪ ،‬قــد يمنــح الطــاءات المضــادة‬ ‫للميكروبــات قــدرات كشــف أفضــل؛ فهــذه‬ ‫البلــورات الدقيقــة تمتلــك خصائــص‬ ‫لتتبــع‬ ‫برصيــة حساســة‪ ،‬يمكــن ضبطهــا ُّ‬ ‫معينــة‪ .‬ولكــن‬ ‫تفاعــات حيويــة جزيئيــة ّ‬ ‫دمجهــا بأمــان ضمــن البوليمــرات يتطلــب‬ ‫أنوا ًعــا جديــدة مــن الحشــوات النانويــة‪.‬‬ ‫توضــح ي ن‬ ‫نيفــ�‪« :‬الحشــوات النانويــة‬ ‫موزعــة �ف‬ ‫هــي عوامــل كيميائيــة‬ ‫ي‬ ‫صغــرة ّ ي‬ ‫مصفوفــة بوليمــر مركّــب وهــي عوامــل‬ ‫ين‬ ‫تحســ� المــواد‬ ‫إشــابة‪ ،‬لــذا تعمــل عــى‬ ‫العاديــة وتُدخــل خصائــص جديــدة‪ .‬و�ف‬ ‫ي‬ ‫للبكت�يا»‪.‬‬ ‫حالتنــا‪ ،‬تجعــل الغــاف مضــا ًّدا‬ ‫ي‬ ‫يعتمــد نهــج الفريــق عــى اســتخدام‬ ‫مجموعــات الذهــب النانويــة المعالجــة‬ ‫الل�وزيــم‪ ،‬ت‬ ‫بإنزيمــات ي ز‬ ‫الــى تمتلــك‬ ‫ي‬ ‫دفاعــات فطريــة ضــد العوامــل الممرضة‪،‬‬ ‫ال ش�يكيــة القولونيــة‪ .‬وقــد‬ ‫مثــل ‪ E. Coli‬إ‬ ‫عمــدوا إىل إلحــاق هــذه الغروانيــات‬ ‫أكــر ً‬ ‫قليــا‪ ،‬يتكــون مــن‬ ‫بســطح مســامي ب‬ ‫جزيئــات الســيليكا النانويــة المحشــوة‬ ‫بجزيئــات مضــاد حيــوي‪.‬‬ ‫ف� أ‬ ‫الحــوال الطبيعيــة‪ ،‬يشــع مركــب‬ ‫ي‬ ‫متوهجــا‬ ‫الذهــب والســيليكا هــذا ضــو ًءا‬ ‫ً‬ ‫أحمــر متألقًــا‪ .‬ولكــن عندمــا تواجــه‬ ‫َ‬ ‫وحــدات ي ز‬ ‫البكت� يــا‪ ،‬فــإن‬ ‫الل�وزيــم‬ ‫ي‬ ‫االنجــذاب القــوي نحــو جــدران الخاليــا‬ ‫يســبب انفصــال تجمعــات الذهــب‬

‫‪1. Hajjar, D., Kremb, S., Sioud, S., Emwas, A.‬‬ ‫‪H., Voolstra, C. R., & Ravasi, T. Anti-cancer‬‬ ‫‪agents in Saudi Arabian herbals revealed‬‬ ‫‪by automated high-content imaging. PLOS‬‬ ‫‪ONE 12, e0177316 (2017).‬‬ ‫‪2. Kremb, S. & Voolstra, C. R. High‬‬‫‪resolution phenotypic profiling of natural‬‬ ‫‪products-induced effects on the single-cell‬‬ ‫‪level. Scientific Reports 7, 44472 (2017).‬‬

‫ملوثة‬ ‫اختبار سريع تحت األشعة فوق البنفسجية‪ ،‬يكشف ما إذا كانت ألواح تصوير األسنان ّ‬ ‫بالبكتيريا أم ال‪ ،‬وذلك بفضل استخدام بوليمرات تتضمن جسيمات نانوية متعددة الوظائف‪.‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪41 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫تحسين صحة اإلنسان‬

‫طب‬ ‫األعشاب‬ ‫يعد‬ ‫بإمكانية‬ ‫عالج‬ ‫السرطان‬

‫طالبة الدكتوراة دينا حجار تدرس‬ ‫الخصائص المضادة للسرطان‬ ‫لنباتات تُ ستخدم في الطب التقليدي‬ ‫بالمملكة العربية السعودية‪.‬‬

‫باحثون يكتشفون نباتات محلية‬ ‫في السعودية تبدو واعدةً في‬ ‫عالج السرطان‪.‬‬

‫‪B E S E‬‬

‫‪ 40‬يناير ‪2018‬‬

‫تأثير أجزاء النبات‬ ‫لخاليا هيال‪.‬‬ ‫الصورة األولى (فوق)‪:‬‬ ‫نواة‪ ،‬ميتوكوندريا‪،‬‬ ‫سيتوكروم سي‬ ‫والعامل النووي المعزِّ ز‬ ‫لسلسلة كابا في الخاليا‬ ‫البائية المنشطة ‪NF-κB‬‬ ‫الصورة الثانية (تحت)‪:‬‬ ‫عضيات نووية ( أكتين‪-‬‬ ‫ّ‬ ‫توبولين )‬

‫ف� البدايــة تقـ َّـى الفريــق النشــاط الحيــوي الثنتـ ي ن‬ ‫ـ�‬ ‫ي‬ ‫وخمسـ ي ن‬ ‫ـاث منهــا بــدت لهــا‬ ‫ـ� نبتــة‪ ،‬ليســتقروا عــى ثـ ٍ‬ ‫قــدرة واعــدة ف ي� عــاج الرسطــان‪ :‬العرعــر الفينيقــي‬ ‫(‪ ،)Juniperus phoenicea‬وكــف مريــم (‪Anastatica‬‬ ‫‪ ،)hierochuntica‬والحنظــل ‪.)Citrullus colocynthis(1‬‬ ‫درس الفريــق النمــط الظاهــري عــى المســتوى‬

‫الخلــوي للنباتــات‪ ،‬أي مجموعــة الخصائــص أو‬ ‫الســمات الظاهريــة ي ز‬ ‫الف�يائيــة لهــا‪ ،‬وذلــك بواســطة‬ ‫عــال المحتــوى معتمــد عــى التصويــر‪ ،‬مــن‬ ‫مســح ي‬ ‫أجــل تقييــم الفاعليــة المضــادة للرسطــان‪ .‬تأ� هــذا‬ ‫النهــج بعــد تقنيـ ٍـة وضعهــا ٌّكل مــن ســتيفان كريمــب‬ ‫ت‬ ‫وفولســرا عــام ‪( 2016‬المرجــع رقــم ‪ )2‬تســتخدم‬ ‫الئحــة عالمــات شــاملة ذات أساســات موحــدة ‪-‬وهــي‬ ‫عمليــة فعالــة يمكــن اعتمادهــا بســهولة مــن ِق َبــل‬ ‫المختــرات أ‬ ‫الخــرى‪ .‬هــذا يعــن ي أن الفريــق قــارن‬ ‫ب‬ ‫أ‬ ‫المظاهــر الخلويــة لجـزاء مأخــوذة مــن هــذه النباتات‬ ‫ت‬ ‫ـى لهــا آليات‬ ‫مــع مجموعــة مــن المركبــات المرجعية الـ ي‬ ‫عمــل معروفــة‪.‬‬ ‫هــذا أ‬ ‫المــر‪ ،‬م ّكــن الفريــق مــن إثبــات احتــواء هذه‬ ‫النبتــات الثــاث عــى مــواد قويــة مضــادة للرسطــان‪،‬‬ ‫تدعــى مثبطــات توبويزومـ يـراز‪ ،‬وهــي مركبــات يمكنهــا‬ ‫ت‬ ‫ـى تتحكــم ف ي� تغـ يـرات‬ ‫كبــح إنزيمــات توبويزومـ يـراز الـ ي‬ ‫الحمــض النــووي‪ ،‬ويمكــن اســتخدامها لتطويــر‬ ‫مثبطــات جديــدة مضــادة للرسطــان‪.‬‬ ‫مــا توصــل لــه الفريــق البحــث ي هــو خطــوة‬ ‫ت‬ ‫الــى ســتتبع ف ي�‬ ‫أوىل‪ ،‬وثمــة العديــد مــن الخطــوات ي‬ ‫المســتقبل قبــل اختبــار هــذه المركبــات بطريقــة‬

‫‪DINA HA JJAR‬‬

‫دأب باحثــو جامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم‬ ‫والتقنيــة (كاوســت) عــى البحــث عــن نباتــات محليــة‬ ‫يمكــن اســتخدامها ف ي� مكافحــة الرسطــان‪ .‬وحــددوا‬ ‫ثــاث نبتــات تُســتخدم ف ي� الطــب التقليــدي بالمملكــة‬ ‫العربيــة الســعودية‪ ،‬جديــرة بالمزيــد مــن االســتقصاء‬ ‫حــول خصائصهــا المضــادة للرسطــان‪.‬‬ ‫يعــد الرسطــان أحــد أ‬ ‫الســباب الرئيســية للمــرض‬ ‫َُ‬ ‫والوفــاة ف� جميــع أنحــاء العالــم‪ .‬ف‬ ‫و� عــام ‪،2015‬‬ ‫ي‬ ‫ي‬ ‫ســجلت منظمــة الصحــة العالميــة ‪ 8.8‬ماليـ ي ن‬ ‫ـ� حالــة‬ ‫وفــاة مرتبطــة بالرسطــان‪ ،‬ولكــن ِضعــف هــذا العــدد‬ ‫ـخص كل عــام‪ .‬وتتوقــع المنظمــة اســتمرار‬ ‫تقريبــا يُشـ ّ‬ ‫ً‬ ‫ارتفــاع عــدد الحــاالت المشــخصة بنســبة ‪ %70‬خــال‬ ‫القادم� عــى أ‬ ‫ين‬ ‫القل‪ ،‬نظـ ًـرا الرتفاع متوســط‬ ‫العقديــن‬ ‫النســان‪.‬‬ ‫عمــر إ‬ ‫التوســع ف ي� عالجــات الرسطــان‪ ،‬وخاصــةً‬ ‫وسـ ً‬ ‫ـعيا إىل ُّ‬ ‫وغــر المكلفــة ف ي� تصنيعهــا‪ ،‬بحــث‬ ‫تلــك البســيطة ي‬ ‫فريــق بقيــادة ث‬ ‫ـاس وكريســتيان فولسـ تـرا من‬ ‫ـ‬ ‫اف‬ ‫ر‬ ‫تيمو�‬ ‫ي‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫المكانيــات البيولوجية (النشــاط الحيوي)‬ ‫كاوســت‪ ،‬ي� إ‬ ‫محليــا ف ي� مجــال‬ ‫لمجموعــة مــن النباتــات المسـ َ‬ ‫ـتخدمة ًّ‬ ‫الطــب التقليــدي‪.‬‬ ‫دينــا حجــار‪ ،‬طالبــة الدكتــوراة الـ ت‬ ‫ـى تــدرس فاعليــة‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫المحليــة ف ي� الوقايــة مــن الرسطــان‪ ،‬ويـ شـرف‬ ‫العشــاب‬ ‫ّ‬ ‫أ‬ ‫ـاس‪ ،‬توضــح أن اســتخدام الدوية العشــبية‬ ‫عليهــا رافـ ي‬ ‫يشــيع ف ي� الســعودية‪« ،‬وبالرغم من ذلــك‪ ،‬ال تكاد توجد‬ ‫دراســات علميــة ف ي� هــذا المجــال‪ .‬ويميــل الســعوديون‬ ‫إىل اســتخدام المعلومــات الموروثة عــن أُ َسهم التخاذ‬ ‫قـرار بشــأن هــذه النباتــات دون معلومــات موثقــة عــن‬ ‫ئ‬ ‫ـا�»‪.‬‬ ‫نشــاطها البيولوجــي أو الكيميـ ي‬

‫آلية محتملة لمواجهة‬ ‫مرضة في‬ ‫الم ِ‬ ‫العوامل ُ‬ ‫المحاصيل الزراعية‬

‫يمكن للنباتات إعادة برمجة موادها الوراثية إلحداث استجابة‬ ‫الم ْم ِرضة‪ ،‬وهي آلية قد يكون لها‬ ‫دفاعية ضد العوامل ُ‬ ‫تطبيقات في مجال الزراعة‪.‬‬

‫‪B E S E‬‬ ‫‪CHRIS SMART, NYSAES, GENEVA NY‬‬ ‫‪KAUST‬‬

‫هــرت‪ ،‬أســتاذ علــوم النبــات‬ ‫بــرت ي‬ ‫ه� ي‬ ‫دول يقــوده ي‬ ‫تمكَّــن فريــق ي‬ ‫ف ي� جامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة (كاوســت)‪ ،‬مــن تحديــد‬ ‫حلقــة مفقــودة ف ي� المســار الجزي ـئ ي المعقــد الــذي تقــاوم النباتــات‬ ‫الم ْم ِرضــة‪.‬‬ ‫بموجبــه العوامــل ُ‬ ‫ف‬ ‫لقــد توصــل العلمــاء إىل فــك آليــات هــذا المســار ي� العديــد مــن‬ ‫النباتــات‪ ،‬ولكــن مــا زالــت هنــاك بعــض الحلقــات المفقــودة‪ ،‬ويعمــل‬ ‫حاليــا عــى اكتشــافها بهــدف تســليط الضوء عــى آليــة محتملة‪،‬‬ ‫العلمــاء ًّ‬ ‫يمكــن تســخ�ها مــن أجــل «تلقيــح» المحاصيــل ضــد أ‬ ‫الم ـراض‪.‬‬ ‫ي‬ ‫إن آليــة الدفــاع ف ي� النباتــات تتحكــم فيهــا الجينــات المكونــة مــن‬ ‫الحمض النــووي‪ ،‬وذلــك من خــال ي ز‬ ‫لل�وتينــات‪ .‬وقــد ارتبطت‬ ‫ترم�هــا ب‬ ‫التغـ ي ُّـرات الشــكلية ف� بنيــة الكروماتـ ي ن‬ ‫ـ� ‪-‬وهــي إما تغـ ي ُّـرات فــوق وراثية‪،‬‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫تغيــر ي� تسلســل الحمــض النــووي‬ ‫أو وراثيــة مــن دون إحــداث أي ي‬ ‫الممـ ِـرض‪.‬‬ ‫نفســه‪ -‬بالتصــدي للعامــل ُ‬ ‫ت‬ ‫والكروماتـ ي ن‬ ‫ـى‬ ‫ـ� هــو مزيــج مــن الحمــض النــووي ب‬ ‫وال�وتينــات الـ ي‬ ‫أ‬ ‫تش ـكِّل محتويــات نــواة الخليــة‪ ،‬ووظيفتــه الساســية َحــزم الحمــض‬ ‫ين‬ ‫الكرومات�‬ ‫النــووي ف ي� أصغــر حجــم الحتوائــه ف ي� الخليــة‪ ،‬ويؤثــر شــكل‬ ‫ال�وتـ ي ن‬ ‫ـ� أم ال‪.‬‬ ‫عــى كــون الجينــات متاحــةً لبنــاء ب‬ ‫أ‬ ‫صغ�ة تســمى النمــاط الجزيئية‬ ‫الم ْم ِرضــة جزيئــات ي‬ ‫تنتــج العوامــل ُ‬ ‫المرتبطــة بالميكروبــات (‪ ،)MAMPs‬الـ ت‬ ‫ـى تتعــرف عليهــا النباتــات عــن‬ ‫ي‬ ‫ئ‬ ‫بال�وتـ ي ن‬ ‫ـ�‪ ،‬وتحــدث عمليــة االستشــعار‬ ‫ـا� مقـ تـرن ب‬ ‫ـتقبل ثنـ ي‬ ‫طريــق مسـ ِ‬ ‫أ‬ ‫أ‬ ‫ئ‬ ‫الثنــا� النمــاط‬ ‫كالتــال‪ :‬يستشــعر الجــزء الول مــن المســتقبل‬ ‫ي‬ ‫ي‬ ‫ن‬ ‫ـا� داخــل الخليــة للعمــل‪.‬‬ ‫الجزيئيــة خــارج الخليــة النباتيــة ويحفــز الثـ ي‬ ‫أ‬ ‫النزيــم الناقــل لمجموعــات‬ ‫خــر عبــارة عــن كينــاز‪ ،‬وهــو إ‬ ‫هــذا ال ي‬ ‫الفوســفات عىل الجزيئات المســتهدفة‪،‬‬ ‫مــا يُعــرف باســم (عمليــة الفســفرة)‪،‬‬ ‫ت‬ ‫لل�وتـ ي ن‬ ‫ـ�‬ ‫ـى ب‬ ‫وهــي تغيـ يـر الشــكل ال�كيـ ب ي‬ ‫بحيــث تعـ ِّـدل مــن صفاتــه أو وظيفتــه‪.‬‬ ‫إن هــذا النشــاط يعــد أ‬ ‫الول ف ي� سلســلة‬ ‫َُ‬ ‫عمليــات فســفرة أ‬ ‫النمــاط الجزيئيــة‬ ‫والمســتهدفة‬ ‫المرتبطــة بالميكروبــات‬ ‫َ‬ ‫ين‬ ‫المفعلــة‬ ‫ال�وتينــات‬ ‫بــ� كينــازات ب‬ ‫ّ‬ ‫بالميتوجـ ي ن‬ ‫ـ� (‪ .)MAPKs‬وكان هـ يـرت أول‬ ‫ف‬ ‫َمــن اكتشــفها‪ ،‬وذلــك ي� عــام ‪.1997‬‬ ‫ظلــت العالقــة غامضــةً بـ ي ن‬ ‫ـ� كينازات‬ ‫بالميتوجــ�ن‬ ‫المفعلــة‬ ‫ال�وتينــات‬ ‫ي‬ ‫ب‬ ‫ّ‬

‫األضرار الحادثة‬ ‫على نباتات‬ ‫الطماطم‬ ‫عند إصابتها‬ ‫بعدوى بكتيريا‬ ‫‪Pseudomonas‬‬ ‫‪Syringae‬‬ ‫هيريبيرت‬ ‫هيرت ُيجري‬ ‫ً‬ ‫عميقا على‬ ‫ً‬ ‫بحثا‬ ‫جينات النباتات‬ ‫إليجاد سبل‬ ‫لبناء سمات‬ ‫جديدة مفيدة‬ ‫في المحاصيل‬ ‫الزراعية‪.‬‬

‫ين‬ ‫للكروماتــ�‪ ،‬إىل أن توصــل إىل هــذه النتيجــة‬ ‫والتغيــر فــوق الــور ث يا�‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫ضــم مــوىس بــن حامــد‪ ،‬الســتاذ‬ ‫الــذي‬ ‫ت‪،‬‬ ‫هــر‬ ‫فريــق‬ ‫الجديــدة‬ ‫ي‬ ‫َّ‬ ‫ف‬ ‫ـب‬ ‫المســاعد ي� الجامعــة‪ ،‬وعــد ًدا مــن طلبــة مــا بعــد الدكتــوراة‪ ،‬وطالـ َ‬ ‫ماجســت� مــن مبــادرة الزراعــة الصحراويــة التابعــة للجامعــة‪.‬‬ ‫ي‬ ‫اســتخدم الباحثــون ف ي� تجاربهــم نباتًــا يُدعــى «رشــاد أذن الفــأر» أو‬ ‫«رشــاد ثــال»‪ ،Arabidopsis thaliana ،‬وهــو نبات ضمن الفصيلة الكرنبية‪،‬‬ ‫ت‬ ‫نموذجا لدراســات علم‬ ‫ـتعمل‬ ‫ـا�‪ ،‬إذ يُسـ َ‬ ‫ً‬ ‫ُيعـ ُّـده العلمــاء فــأر التجــارب النبـ ي‬ ‫المفعلة‬ ‫النبــات والوراثــة‪ .‬عمــد الباحثــون إىل تفعيــل كينــازات بال�وتينــات ّ‬ ‫ين‬ ‫بكت�يــة جزيئيــة مرتبطــة‬ ‫بالميتوجــ� (‪ )MAPKs‬باســتخدام أنمــاط ي‬ ‫ف‬ ‫و� سلســلة مــن التجــارب تُعرف باســم‬ ‫بالميكروبــات (‪ .)MAMPs‬بعدئـ ٍـذ‪ ،‬ي‬ ‫«مجموعــة بال�وتيوميــات المفســفرة»‪ ،‬بحثـوا عــن أحــداث الفســفرة‪.‬‬ ‫ف‬ ‫ال�وتينــات‬ ‫المثـ يـر أنهــم وجــدوا أن آخــر إنزيــم ي� سلســلة كينــازات ب‬ ‫ين‬ ‫بالميتوجــ�‪ ،‬ويســمى ‪ ،MPK3‬عمــل عــى فســفرة إنزيــم‬ ‫المفعلــة‬ ‫ّ‬ ‫هيســتون نــازع أ‬ ‫الســيتيل (‪ ،)HD2B‬الــذي ينظــم ضغــط الحمــض‬ ‫ين‬ ‫النــووي ف ي�‬ ‫الكروماتــ�‪.‬‬ ‫ف‬ ‫ت‬ ‫ـى تفتقر إىل‬ ‫وجــد الفريق أنــه ي� نماذج «رشــاد أذن الفــأر» الطافرة‪ ،‬الـ ي‬ ‫إالنزيــم ‪ MPK3‬أو إالنزيــم ‪ ،HD2B‬يــزداد نشــاط العديــد مــن الجينات‪،‬‬ ‫بمــا ف ي� ذلــك الجينــات الدفاعيــة‪ .‬وهــذا يشـ يـر إىل أن إنزيــم ‪ ،HD2B‬ف ي�‬ ‫أ‬ ‫تعرضها لهجــوم العامل‬ ‫الحــوال الطبيعيــة‪ ،‬يكبح نشــاط الجينات عنــد ُّ‬ ‫الممـ ِـرض‪ ،‬ويعكــس عمل إنزيــم ‪ MPK3‬عــى إنزيــم ‪ HD2B‬هــذا الكبح‪.‬‬ ‫ُ‬

‫العمليات فوق الجينية‬

‫باســتخدام إنزيــم ‪ HD2B‬الموســوم بالفلورســنت‪ ،‬أظهــر الفريــق أن‬ ‫فســفرة إنزيــم ‪ MPK3‬تنقــل إنزيــم ‪ HD2B‬مــن موقــع خلــوي إىل آخر‪،‬‬ ‫راب ًطــا منطقة مختلفــة مــن الكروماتـ ي ن‬ ‫ـ�‪ .‬ويطلق هــذا المســار مجموعةً‬ ‫واحــد ًة مــن الجينات ويكبــح مجموعــةً أخــرى‪ ،‬محدثًــا تغيــرا جذريا �ف‬ ‫ُ ِ‬ ‫ًّ ي‬ ‫يً‬ ‫بنيــة الخليــة عىل المســتوى الجزيـئ ي ‪ .‬إن إعــادة برمجة العمليــات فوق‬ ‫الجينيــة بهــذه الطريقــة رسيعة ويمكن عكســها‪ ،‬مــا يم ّكــن النباتات من‬ ‫االســتجابة الرسيعــة للظــروف المتغـ يـرة‪ ،‬واالحتفــاظ بذاكــرة جزيئيــة‬ ‫مرضة‪ ،‬ف ي� المســتقبل‪.‬‬ ‫ِّ‬ ‫تعزز حــدوث اســتجابة أرسع تجــاه العوامــل ُ‬ ‫الم ِ‬ ‫آ‬ ‫يقــول هـ يـرت‪ :‬إن «آليــات مــا فــوق الجينــات هــي الليــة المختــارة ‪...‬‬ ‫تحــدث هــذه الظاهــرة ف� جميــع النباتــات تجاوبا مع جميــع أنـواع أ‬ ‫النماط‬ ‫ُ‬ ‫ً‬ ‫ي‬ ‫الم ْم ِرضة»‪.‬‬ ‫الجزيئيــة المرتبطــة بالميكروبــات والعوامــل ُ‬ ‫ويعتقــد هـ يـرت أن آليــة إعــادة برمجــة الكروماتـ ي ن‬ ‫المفعلــة بإنزيــم‬ ‫ـ� َّ‬ ‫التحف�ز‬ ‫تحم ًســا حيال إمكانيــات‬ ‫ي‬ ‫كيناز‪ ،‬تمثل آليةً واســعة االنتشــار‪ ،‬وأبدى ُّ‬ ‫المصطنع لهــذه العملية‪ .‬يقــول هـ يـرت‪« :‬عندما نفهم بشــكل أفضل آلية‬ ‫الممرضــة‪ ،‬نصبــح قادريــن عــى تحفـ ي ز‬ ‫ز‬ ‫ـر المقاومــة‬ ‫تحفـ يـر ذاكــرة العوامــل ُ ِ‬ ‫أ‬ ‫طويلــة المد‪ ،‬عىل غـرار تطعيــم ش‬ ‫الب�»‪.‬‬ ‫«نحــن عــى أعتــاب عهــد جديــد فيمــا‬ ‫يتعلــق باســتقصاء دور علــم مــا فــوق‬ ‫ت‬ ‫النبــا�»‪.‬‬ ‫الوراثــة ف ي� ذاكــرة إالجهــاد‬ ‫ي‬ ‫‪Latrasse, D., Jégu, T., Huchen,‬‬ ‫‪L., de Zelicourt, A., Raynaud,‬‬ ‫‪C. ... & Hirt, H. MAPK-triggered‬‬ ‫‪chromatin reprogramming by‬‬ ‫‪histone deacetylase in plant‬‬ ‫‪innate immunity. Genome‬‬ ‫‪Biology 18, 131 (2017).‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪43 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫تحسين صحة اإلنسان‬

‫النانويــة عــن الســيليكا‪ ،‬وهــو مــا يــؤدي‬ ‫وتحــرر حمولــة‬ ‫إىل إنهــاء التألُّــق الوامــض‬ ‫ُّ‬ ‫المضــاد الحيــوي ف ي� الوقــت ذاتــه‪.‬‬

‫«الحشوات النانوية‬ ‫هي عوامل كيميائية‬ ‫صغيرة موزّ عة في‬ ‫معقد‬ ‫مصفوفة ّ‬ ‫بوليمري»‪.‬‬ ‫وقــد كشــفت تجــارب المــزج عــن أن‬ ‫تماما‬ ‫حشــوات الذهــب النانوية قــد اندمجــت ً‬ ‫ضمــن مركبــات البوليمــر وتغلبــت عــى تحدي‬ ‫انتفــاذ الجســيمات النانويــة‪ ،‬إذ أبــدت الحــد‬ ‫أ‬ ‫ال ن‬ ‫د� مــن االنتفــاذ ف ي� أثنــاء التجــارب المجـراة‬ ‫ال ش�يكيــة القولونيــة‪ .‬وتعــزو‬ ‫باســتخدام إ‬ ‫نيفـ ي ن‬ ‫اليجابيــة‬ ‫ـ� هــذه التفاعــات البوليمريــة إ‬ ‫إىل الحــواف الحــادة المكشــوفة لمجموعــات‬ ‫الذهــب عــى كريّــات الســيليكا‪.‬‬ ‫اختــر الباحثــون فكرتهــم عــن طريــق‬ ‫ب‬ ‫مقارنــة ألــواح التصويــر أ‬ ‫بالشــعة الســينية‬ ‫أ‬ ‫وغــر المغلفــة بالبوليمــر‬ ‫للســنان المغلفــة ي‬ ‫الــذك‪ .‬كلتــا العينتـ ي ن‬ ‫ـ� أعطــت نفــس الصــور‬ ‫عاليـ يـة الدقــة أ‬ ‫للســنان وبنيــة العظــام‪ .‬ولكــن‬ ‫اللوحــة المغلّفــة فقــط مكّ نــت مــن إجــراء‬ ‫البكتــري‪،‬‬ ‫للتلــوث‬ ‫تقييــم بــري رسيــع‬ ‫ي‬ ‫ُّ‬ ‫وذلــك ببســاطة عــن طريــق إنــارة الجهــاز‬ ‫بمصبــاح أ‬ ‫الشــعة فــوق البنفســجية والبحــث‬ ‫تغــر اللــون‪ .‬كمــا أن إطــاق العامــل‬ ‫عــن ي ّ‬ ‫للبكت�يــا بنجــاح خفــض بشــكل كبـ يـر‬ ‫المضــاد‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫مــن تراكُــم الغشــية الحيويــة‪.‬‬ ‫«إن عمليــة التغليــف ســهلة»‪ ،‬وفــق‬ ‫ين‬ ‫ين‬ ‫تحســ� هــذه التقنيــة‬ ‫نيفــ�‪« ،‬ونتطلــع إىل‬ ‫أ‬ ‫أ‬ ‫بمختلــف‬ ‫لتشــمل الدوات الطبيــة الخــرى‬ ‫ِ‬ ‫الحجــام أ‬ ‫أ‬ ‫والشــكال»‪.‬‬

‫الخفي‬ ‫النظام‬ ‫ّ‬ ‫في انتشار‬ ‫الحمض النووي‬ ‫حركــة جزيئــات الحمــض النــووي التــي‬ ‫ظاهريــا بالحركــة البراونيــة‬ ‫تفســر‬ ‫ًّ‬ ‫َّ‬ ‫انتظاما‬ ‫أكثر‬ ‫ـيرةً‬ ‫ـ‬ ‫مس‬ ‫تخفي‬ ‫العشوائية‬ ‫ً‬

‫‪B E S E‬‬ ‫ســاعد نهــج مختلــف لتحليــل حركــة انتشــار‬ ‫جزيئــات الحمــض النــووي ‪ ،DNA‬ف ي� قلــب‬ ‫ت‬ ‫االفــراض قديــم العهــد بــأن الجزيئــات‬ ‫تتحــرك بطريقــة عشــوائية‪ .‬إذ كشــف باحثــو‬ ‫جامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة‬ ‫(كاوســت) للمــرة أ‬ ‫ال وىل عــن أن جزيئــات‬ ‫ال�اونيــة‬ ‫الحمــض النــووي ال تتحــرك الحركــة ب‬ ‫العشــوائية‪ ،‬بــل حركــةً غـ يـر عشــوائية مرتبطــةً‬ ‫بديناميكيــات البوليمــر بطريقــة تحافــظ عــى‬ ‫ال�اونيــة‪.‬‬ ‫مجمــل خصائــص الحركــة ب‬ ‫ويوضــح ماجــد رساج‪ ،‬باحــث مــا بعــد‬ ‫الدكتــوراة ف ي� العلــوم الحيويــة بكاوســت‪:‬‬ ‫ال�اونيــة هــي عمليــة تتحــرك فيهــا‬ ‫«الحركــة ب‬ ‫ســائل مــا عــن طريــق‬ ‫عشــوائيا ف ي�‬ ‫الجزيئــات‬ ‫ًّ‬ ‫ٍ‬ ‫االصطــدام بجزيئــات أخــرى»‪ .‬ويضيــف‪:‬‬ ‫ف‬ ‫ال�اونيــة‬ ‫«� الخاليــا الحيــة‪ ،‬تتيــح الحركــة ب‬ ‫ي‬ ‫للجزيئــات التحــرك برسعــة وكفــاءة ي ن‬ ‫بــ�‬ ‫ُّ‬ ‫ُع َض َّيــات الخاليــا‪ ،‬وبالتفاعــل مــع جزيئــات‬ ‫أخــرى»‪.‬‬ ‫وعــى مــدى عــدة عقــود‪ ،‬اســتخدم‬ ‫نســبيا لتحديــد‬ ‫اختبــارا بســيطًا‬ ‫العلمــاء‬ ‫ً‬ ‫ًّ‬ ‫مــا إذا كان االنتشــار الجزيــئ ي يتبــع الحركــة‬ ‫ال�اونيــة أم ال‪ :‬عندمــا يــزداد متوســط مربــع‬ ‫ب‬ ‫ال زاحــة ( ‪ )MSD‬لمجموعــة مــن الجزيئــات‬ ‫إ‬

‫‪Croissant, J.G., Omar, H.W.,‬‬ ‫‪Neelakanda, P. ... & Khashab, N.M.‬‬ ‫‪Colloidal gold nanoclusters spiked‬‬ ‫‪silica fillers in mixed matrix coatings:‬‬ ‫‪Simultaneous detection and‬‬ ‫‪inhibition of healthcare-associated‬‬ ‫‪infections. Advanced Healthcare‬‬ ‫‪Materials 5, 1617–1626 (2016).‬‬

‫‪ 42‬يناير ‪2018‬‬

‫‪Serag, M. & Habuchi, S. Conserved‬‬ ‫لتتبــع الجزيئات األحاديــة تعتمد على‬ ‫طريقــة جديدة ُّ‬ ‫التصويــر الجزيئي الفلوري‪ ،‬كشــفت عــن حركة غير‬ ‫عشــوائية لجزيئــات الحمض النووي‪.‬‬

‫‪linear dynamics of single‬‬‫‪molecule Brownian motion. Nature‬‬ ‫‪Communications 8,15675 (2017).‬‬

‫‪KAUST / ANASTASIA KHRENOVA‬‬

‫‪Alsaiari, S.K., Hammami, M.A.,‬‬

‫زيــاد ًة خطيــةً مــع مــرور الوقــت‪ ،‬ضمــن وســط‬ ‫متجانــس كالمــاء النقــي‪ ،‬هــذا يع ـن ي أن قطــر ًة‬ ‫مــن محلــول ملحــي ستتوســع بمعــدل يجعــل‬ ‫خطيــا مــع‬ ‫متوســط مربــع إ‬ ‫ال زاحــة يــزداد ًّ‬ ‫مــرور الوقــت‪.‬‬ ‫يتوافــق الحمــض النــووي مــع هــذا‬ ‫ئ‬ ‫المــر� ف ي� االنتشــار‪ ،‬وهكــذا فقــد‬ ‫الســلوك‬ ‫ي‬ ‫افــرض أن حركتــه براونيــة كحركــة الجزيئــات‬ ‫تُ‬ ‫أ‬ ‫أيضــا أن‬ ‫الخــرى‪ .‬ولكــن مــن المعــروف ً‬ ‫ً‬ ‫طويــا‬ ‫الحمــض النــووي‪ ،‬باعتبــاره جزي ًئــا‬ ‫يتلــوى عفو يًّــا بســبب القــوى‬ ‫مــن البوليمــر‪ّ ،‬‬ ‫القائمــة ي ن‬ ‫بــ� الجزيئــات‪.‬‬ ‫يقــول رساج‪« :‬يمكــن اعتبــار جــزيء‬ ‫الحمــض النــووي سلســلةً شــبه مرنــة»‪،‬‬ ‫تتبعنــا حركتــه مــد ًة زمنيــة‬ ‫ويضيــف‪« :‬إذا َّ‬ ‫ف‬ ‫ن‬ ‫فســرى‬ ‫و� مســاحة تقــارب حجمــه‪،‬‬ ‫ي‬ ‫قصــرة ي‬ ‫حركيــا يشــبه حركــة الديــدان»‪.‬‬ ‫ًا‬ ‫ك‬ ‫ســلو‬ ‫ًّ‬ ‫ش‬ ‫ســاتو�‬ ‫مستشــار رساج ف ي� الجامعــة‬ ‫ي‬ ‫ش‬ ‫تأثــر هــذه‬ ‫هابوتــ� ‪ ،‬تعــاون معــه لمعرفــة ي‬ ‫ي‬ ‫الحركــة الدوديــة عــى انتشــار الحمــض النــووي‪.‬‬ ‫ش‬ ‫هابوتــ� ‪« :‬إن طريقــة متوســط‬ ‫يقــول‬ ‫ي‬ ‫الزاحــة هــي الطريقــة القياســية لكشــف‬ ‫مربــع إ‬ ‫ال�اونيــة‪ ،‬لكنهــا ال‬ ‫االنحــراف عــن الحركــة ب‬ ‫تكشــف عــن أي حركــة غـ يـر عشــوائية لجزيئــات‬ ‫الحمــض النــووي »‪ .‬ويســتطرد‪« :‬ولكــن‬ ‫باســتخدام نهــج احتمــال ت‬ ‫اق�حــه رساج‪ ،‬يصــف‬ ‫ي‬ ‫ـزيء مــا اســتنا ًدا إىل احتمــال إشــغال‬ ‫حركــة جـ ٍ‬ ‫مواقــع متشــابكة ً‬ ‫بــدل مــن متوســط مربــع‬ ‫الزاحــة‪ ،‬تمكَّ َّنــا مــن الكشــف عــن الحركــة غـ يـر‬ ‫إ‬ ‫العشــوائية الخفيــة وتحديــد حجمهــا»‪.‬‬ ‫نظــري جديــد‬ ‫وبتطويــر إطــار عمــل‬ ‫ّ‬ ‫تتنمــذج الحركــة فيــه عــى نحــو تدريجــي‬ ‫بــ� أن جزيئــات‬ ‫يُراعــي مرونــة الجــزيء‪ ،‬تَ ي ّ ن َ‬ ‫الحمــض النــووي تتحــرك حركــةً منتظمــة‪،‬‬ ‫ئ‬ ‫ين‬ ‫متنوعــ� ‪ ،‬بطريقــة‬ ‫وبرسعــة ومســار جزيــ ي‬ ‫ال زاحــة‬ ‫حفظــت بدقــة متوســط مربــع إ‬ ‫الخطــي ب ن‬ ‫او� ‪.‬‬ ‫الــر ي‬ ‫ش‬ ‫هابوتــ� أن «أهــم نتيجــة لهــذه‬ ‫يؤكــد‬ ‫ي‬ ‫الدراســة هــي أننــا أثبتنــا أن متوســط مربــع‬ ‫ال�اونية‬ ‫إ‬ ‫دومــا إىل الحركــة ب‬ ‫الزاحــة الخطي ال يشـ يـر ً‬ ‫ت‬ ‫الطــار النظــري الجديــد‪،‬‬ ‫المســت�ة»‪« .‬وبهــذا إ‬ ‫يمكننا الكشــف عــن حركــة غـ يـر عشــوائية لجزيئات‬ ‫أحاديــة ال يمكــن التقاطهــا بتحليــل متوســط مربــع‬ ‫الزاحــة التقليــدي»‪.‬‬ ‫إ‬

‫غاز رطب‬

‫غاز جاف‬ ‫معتدل‪no‬‬ ‫تجديد‪itarneg‬‬ ‫‪eR dliM‬‬

‫تجفيف‬

‫تجفيف الغاز الموفر للطاقة عن طريق هيكل عضوي معدني‪.‬‬

‫المكانيــات الواضحة لتوســيع نطــاق هذا‬ ‫إ‬ ‫االبتــكار؛ لتحقيق وفــورات كفــاءة ضخمة‬ ‫ف‬ ‫ت‬ ‫ـى إنتــاج الغــاز ونقلــه‪.‬‬ ‫ي� صناعـ ي‬ ‫والهيــاكل العضويــة المعدنيــة هــي‬ ‫وغــر‬ ‫هجــ� مــن المــواد العضويــة ي‬ ‫ي نٌ‬ ‫العضويــة‪ ،‬تحتــوي عــى أيونــات أو‬ ‫معــا عــن طريــق‬ ‫تجمعــات معدنيــة ترتبــط ً‬ ‫جزيئــات عضويــة تُعـ َـرف باســم الروابــط‪.‬‬ ‫تغيــر المكونــات المعدنيــة‬ ‫ويســمح‬ ‫ي‬ ‫ين‬ ‫للباحثــ� بضبــط‬ ‫والروابــط العضويــة‬ ‫الخــواص البنيويــة والكيميائيــة للهيــاكل‬ ‫العضويــة المعدنية وتحســينها‪ .‬ويُعد أحد‬ ‫أ‬ ‫الهــداف الرئيســية لعملية التحسـ ي ن‬ ‫ـ� هذه‬ ‫هــو إيجــاد هيــاكل عضويــة معدنيــة ذات‬ ‫ئ‬ ‫ـا� بجزيئات‬ ‫فجـوات ترتبط عــى نحـ ٍـو انتقـ ي ٍّ‬ ‫معينة وتحتجزها‪ ،‬مثــل جزيئات المــاء ال�ت‬ ‫ي‬ ‫يجــب إزالتها مــن مجــاري الغــاز المتدفقة‪.‬‬ ‫ف‬ ‫«� البدايــة‪ ،‬كان‬ ‫يقــول الــداوودي‪ :‬ي‬ ‫هدفنــا هــو تكييــف الهيــاكل العضويــة‬ ‫ت‬ ‫ـى‬ ‫المعدنيــة المحتويــة عــى الفلوريــن الـ ي‬ ‫ـرا لتشــمل نس ـقًا دوريًّــا مــن‬ ‫أنتجناهــا أخـ ي ً‬ ‫مواقع المعادن المفتوحــة ومراكز الفلورين‬ ‫ف ي� منظومــة المســام الضيقــة؛ وذلــك‬ ‫لتحقيق عمليــات فصــل رئيســية متنوعة»‪.‬‬ ‫ـى إىل‬ ‫وقــد أدى هــذا االستكشــاف التجريـ ب ي‬ ‫ن‬ ‫ـد� مســتقر‬ ‫اكتشــاف هيــكل عضــوي معـ ي‬ ‫ف� المــاء ‪-‬أصبــح آ‬ ‫الن يســمى «كاوســت ‪»8‬‬ ‫ي‬ ‫‪ -KAUST-8‬ذي خــواص امتصــاص للمــاء‬ ‫فريــدة من نوعهــا‪ ،‬وقــدرات تجفيــف رائعة‬ ‫وقابلــة إلعــادة االســتخدام‪ .‬كمــا يزيــل‬ ‫ن‬ ‫ثا� أكســيد الكربون إىل جانب‬ ‫«كاوســت ‪ »8‬ي‬ ‫إزالته للمــاء‪ ،‬وهو مــا يعــد مطلبا شــائعا �ف‬ ‫َُ‬ ‫ً‬ ‫ً ي‬ ‫المعالجــة الصناعيــة للغــاز‪.‬‬ ‫ـدي ف ي� أن‬ ‫يقول الــداوودي‪« :‬ال شــك لـ ّ‬ ‫ين‬ ‫الباحثــ�‬ ‫هــذا االكتشــاف ســوف يلهــم‬ ‫الوســاط أ‬ ‫ف� أ‬ ‫ال كاديميــة والصناعيــة‬ ‫ي‬ ‫الستكشــاف الهيــاكل العضويــة المعدنية‬ ‫لمجابهــة تحديــات أخــرى»‪ .‬وكذلــك‬ ‫يــرى فريــق كاوســت احتمــاالت إضافيــة‪،‬‬

‫تشــمل إمكانيــة إزالــة المــاء مــن الســوائل‬ ‫ف‬ ‫ال ت‬ ‫لك�ونيــات‪،‬‬ ‫المســتخدمة ي� صناعــة إ‬ ‫مثــل أ‬ ‫الحبــار والمذيبــات‪.‬‬

‫«هذا االكتشاف‬ ‫سوف يلهم‬ ‫الباحثين في‬ ‫األوساط األكاديمية‬ ‫والصناعية‬ ‫الستكشاف‬ ‫الهياكل العضوية‬ ‫المعدنية لمجابهة‬ ‫تحديات أخرى»‪.‬‬ ‫وقــد أكــد الــداوودي أن هــذا البحــث‬ ‫يوضــح قــدرات كيميــاء الهيــاكل العضويــة‬ ‫التقدم المســتمر الــذي تحققه‬ ‫المعدنيــة و ُّ‬ ‫ت‬ ‫الــى يقودهــا بجامعــة‬ ‫مجموعــة البحــث ي‬ ‫أحــدث‬ ‫كاوســت‪ .‬ويُ َعــد هــذا التقــدم‬ ‫َ‬ ‫ابتــكارات الــداوودي عىل مدار ش‬ ‫عاما‬ ‫ع�يــن ً‬ ‫مــن االستكشــاف ف ي� مجــال كيميــاء الهيــاكل‬ ‫العضويــة المعدنيــة‪.‬‬ ‫‪Cadiau, A., Belmabkhout, Y.,‬‬ ‫‪Adil, K., Bhatt, P. M., Pillai, R.‬‬ ‫‪S. Shkurenko, A., Martineau-‬‬

‫أداة بسيطة للكشف‬ ‫عن الغازات الضارة‬ ‫واجهــة مــن مــواد هيــاكل عضويــة معدنيــة‬ ‫مســامية قابلــة للضبــط ومــزودة بأقطــاب‬ ‫كهربائيــة تطلــق أجهــزة اإلنــذار عند أول استشــعار‬ ‫لرائحــة كبريتيــد الهيدروجيــن‪.‬‬

‫‪P S E‬‬ ‫ئ‬ ‫ئ‬ ‫ـالبا‬ ‫قطبــا‬ ‫كهربائيــا سـ ً‬ ‫ًّ‬ ‫ـا� رقيــق يغلــف ً‬ ‫ـا� غشـ ي‬ ‫يوفــر مستشــعر كيميـ ي‬ ‫آ‬ ‫(الكـ تـرود) وســيلةً بســيطةً وعمليــةً للكشــف عــن الثار البســيطة للغــازات‬ ‫ت‬ ‫الــى تســتخدم الهيــاكل العضويــة‬ ‫الســامة‪ .‬ويمكــن للمستشــعرات ي‬ ‫ن‬ ‫معــ� بســبب‬ ‫المعدنيــة (‪ )MOFs‬أن تكــون شــديدة الحساســية لغــاز ي‬ ‫الطبيعــة المســامية لتلــك الم ـواد البلوريــة وفجواتهــا النانويــة‪.‬‬ ‫ف‬ ‫الطــار طــور باحثــو جامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم‬ ‫و� هــذا إ‬ ‫ي‬ ‫معتمــدا عــى هيــكل عضــوي‬ ‫مستشــعرا‬ ‫أخــرا‬ ‫ً‬ ‫والتقنيــة (كاوســت) ي ً‬ ‫ً‬ ‫ئ‬ ‫ن‬ ‫ن‬ ‫ـا� عند‬ ‫ـد�‪ ،‬يمكنــه استشــعار بك�يتيــد الهيدروجـ يـ� عىل نحـ ٍـو انتقـ ي‬ ‫معـ ي‬ ‫تركـ ي ز‬ ‫ـرات تبلــغ عــدة أج ـزاء لــكل مليــار (‪ )ppb‬فقــط‪ .‬وتســمح طريقــة‬ ‫ف‬ ‫الباحثـ ي ن‬ ‫ـ� ي� تغيـ يـر بنيــة القطــب الســالب المغ َّلــف بالهيــكل العضــوي‬ ‫ن‬ ‫ـد� بالكشــف عــن مجموعــة مختلفــة مــن الغــازات‪.‬‬ ‫المعـ ي‬ ‫ن‬ ‫ئ‬ ‫ســى الرائحــة فحســب‪ ،‬بــل هــو‬ ‫وال يُ َعــد بك�يتيــد‬ ‫ي‬ ‫الهيدوجــ� ي‬ ‫أيضــا ضــار بالبـ شـر عنــد تركـ ي ز‬ ‫ـرات منخفضــة تبلــغ بضعــة أج ـزاء لــكل‬ ‫ً‬ ‫مليــون (‪ .)ppm‬ف‬ ‫و� البيئــات الصناعيــة‪ ،‬حـ ي ن‬ ‫ـ� يكــون إطــاق بك�يتيــد‬ ‫ي‬ ‫ين‬ ‫الهيدروجــ� أحــد عوامــل الخطــر المحتملــة‪ ،‬عــاد ًة مــا تُســتخدم‬ ‫منظومــات استشــعار الغــازات المعتمــدة عــى تقنيــة فصــل المــواد‬ ‫(كروماتوجـر ف يا�)؛ غـ يـر أن هذه المنظومــات ضخمة‪ ،‬ومع َّقــدة‪ ،‬ومكلِّفة‪.‬‬ ‫آ‬ ‫ين‬ ‫تعاون بـ ي ن‬ ‫مجموعت�‬ ‫ـ�‬ ‫وقد جرى الن تطوير مستشــعر أبســط من خالل ُ‬ ‫ين‬ ‫بحثيت� ف ي� كاوســت بقيادة ٍّكل من خالد ســامة‪ ،‬أســتاذ الهندســة الكهربائية‪،‬‬ ‫ومحمــد الــداوودي‪ ،‬أســتاذ علــوم الكيميــاء‪ .‬وعــن طريــق تغيـ يـر المكونــات‬ ‫المستخدمة ف ي� المستشعرات‬ ‫المعدنية والعضوية للهياكل العضوية المعدنية‬ ‫َ‬ ‫ت‬ ‫ـى ينتجهــا فريــق الــداوودي‪ ،‬تمكــن الفريــق المشـ تـرك مــن ضبــط حجــم‬ ‫الـ ي‬ ‫ت‬ ‫ـى تدخل منها الغــازات‪.‬‬ ‫المســام وشــكلها ضبطًا دقيقًا‪ ،‬ي‬ ‫وتغي� الفجـوات الـ ي‬ ‫ف‬ ‫مع�‪.‬ن‬ ‫وبهذه الطريقــة‪ ،‬أصبحت المــادة عاليــة االنتقائيــة ي� امتصاص غــاز ي‬ ‫ـادرا‬ ‫يقــول الــداوودي‪« :‬عــى نحو غـ يـر متوقــع‪ ،‬لم يكن المستشــعر قـ ً‬ ‫فقــط عــى تقديــم أداء جيــد ف� اكتشــاف غــاز بك�يتيــد الهيدروجـ ي ن‬ ‫ـ� ‪H2S‬‬ ‫ي‬ ‫أيضــا ف ي� نطــاق أجـزاء‬ ‫ف ي� نطــاق أجـزاء مــن المليــون‪ ،‬بــل كان أداؤه جيـ ًـدا ً‬ ‫مــن المليــار‪ ،‬بحد كشــف بلــغ نحــو ‪ 5.4‬أجزاء لــكل مليــار جــزء»‪ .‬ويضيف‬ ‫أ‬ ‫ئ‬ ‫الــداوودي ً‬ ‫ـتثنا� ف ي� االستشــعار يمهد الطريق أمام‬ ‫قائل‪« :‬هذا الداء االسـ ي‬ ‫ف‬ ‫اســتخدام الهيــاكل العضوية المعدنيــة كمستشــعرات عمليــة ي� العديد‬ ‫من تطبيقــات الكشــف عــن الغــازات و أ‬ ‫البخرة الســامة»‪.‬‬

‫& ‪Corcos,C., Maurin, G.‬‬ ‫‪Eddaoudi, M. Hydrolytically‬‬

‫‪Yassine, O., Shekhah, O., Assen, A.H., Belmabkhout,‬‬

‫‪stable fluorinated metal-organic‬‬

‫‪Y., Salama, K.N. & Eddaoudi, M. H2S sensors:‬‬

‫‪frameworks for energy-efficient‬‬

‫‪fumarate-based fcu-MOF thin film grown on a‬‬

‫‪dehydration. Science 356,‬‬

‫‪capacitive interdigitated electrode. Angewandte‬‬

‫‪731–735 (2017).‬‬

‫‪Chemie International Edition 55, 15879 (2016).‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪45 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫مواد ذكية‬

‫نهج‬ ‫أفضل‬ ‫إلزالة‬ ‫الماء‬ ‫من الغاز‬ ‫تقدم في إنتاج الهياكل‬ ‫ُّ‬ ‫العضوية المعدنية‬ ‫المستقرة في الماء‪ ،‬من‬ ‫شأنه أن يسمح بإزالة الماء‬ ‫من الغازات بكفاءة عالية‪.‬‬

‫‪P S E‬‬

‫‪KAUST‬‬

‫ن‬ ‫ـد� (‪)MOF‬‬ ‫ـو� معـ ي‬ ‫بتطويــر هيــكل عضـ ي ي‬ ‫يمكنــه امتصــاص المــاء لتجفيــف مجــاري‬ ‫ئ‬ ‫ـا� وفعــال‪ ،‬انتهــى‬ ‫الغــاز عــى نحـ ٍـو انتقـ ي ٍّ‬ ‫الــرأي التقليــدي القائــل بــأن الهيــاكل‬ ‫العضويــة المعدنيــة ال يمكــن أن تكــون‬ ‫مســتقر ًة ف ي� المــاء‪.‬‬ ‫يقــول محمــد الــداوودي‪ ،‬مديــر «مركز‬ ‫أبحــاث أ‬ ‫الغشــية والمــواد المســامية‬ ‫المتقدمــة» ف ي� جامعــة الملــك عبــد هللا‬ ‫للعلــوم والتقنيــة (كاوســت)‪« :‬إن تحقيق‬ ‫جفــاف مو ِّفــر للطاقــة بواســطة الهيــاكل‬ ‫ن‬ ‫ـد� الــذي أنتجنــاه يُ َعــد‬ ‫العضــوي المعـ ي‬ ‫أمـ ًـرا ثوريًّــا»‪.‬‬ ‫ال بــد مــن تجفيــف الغــازات ‪-‬مثــل الغاز‬ ‫الطبيعــي‪ -‬قبــل نقلهــا واســتخدامها؛ وذلك‬ ‫لتج ُّنــب مشــكالت تشــمل تــآكُل خطــوط‬ ‫أ‬ ‫تكــون ثلــج‬ ‫النابيــب وانســدادها بســبب ُّ‬ ‫الميثــان‪ .‬وتتطلَّــب عوامــل التجفيــف‬ ‫تجديــد عاليــةَ الطاقــة‪.‬‬ ‫التقليديــة دور َة‬ ‫ٍ‬ ‫وينجــز الهيــكل العضــوي المعــد�ن‬ ‫ي‬ ‫المعا َلــج بالفلوريــن ‪-‬الــذي طـ َّـوره فريــق‬ ‫ُ‬ ‫كاوســت‪ -‬دورة التجفيــف والتجديــد ف ي�‬ ‫ـبيا‪ ،‬ويتطلب‬ ‫درجــات حـرارة منخفضــة نسـ ًّ‬ ‫تقريبــا نصف قــدر الطاقة المســتخدمة �ف‬ ‫ً‬ ‫ي‬ ‫الطــرق التقليدية‪ .‬وهذا االنخفــاض الحاد‬ ‫ف ي� اســتخدام الطاقــة يســلط الضــوء عــى‬ ‫‪ 44‬يناير ‪2018‬‬

‫من اليسار إلى اليمين‪:‬‬ ‫يوسف بلمبخوت وبراشانت‬ ‫بات واألستاذ محمد الداوودي‬ ‫وألكساندر شكورينكو‪.‬‬

‫‪YI WAN‬‬

‫عنــد اندمــاج ذرات مــن مجموعــة‬ ‫المعــادن االنتقاليــة ف ي� الجــدول‬ ‫الــدوري مــع ذرات مــن «المجموعــة‬ ‫‪»16‬؛ الكالكوجينــات‪ .‬وتكــون لهــا‬ ‫الصيغــة العامــة ‪MX2‬؛ حيــث يرمــز‬ ‫ـال ويرمــز‬ ‫حــرف ‪ M‬إىل المعــدن االنتقـ ي‬ ‫حــرف ‪ X‬إىل الكالكوجينــات‪ .‬وقــد بــدأ‬ ‫باحثــو كاوســت بالمــادة المتناظــرة‬ ‫‪ ،MoS2‬حيــث الموليبدينــوم (‪ )Mo‬هو‬

‫األستاذ لين يونج‬ ‫لي (إلى اليمين)‬ ‫وطالبا الدكتوراة‬ ‫مينج هوي تشيو‬ ‫(إلى اليسار)‬ ‫وتشيه وين يانج‬ ‫(في الوسط)‪،‬‬ ‫يقومون بتركيب‬ ‫مواد من نوع‬ ‫«جانوس» ثنائية‬ ‫األبعاد باستخدام‬ ‫الترسيب‬ ‫الكيميائي للبخار‪.‬‬

‫والك�يــت (‪)S‬‬ ‫ـال‪ ،‬ب‬ ‫ذرة المعــدن االنتقـ ي‬ ‫ين‬ ‫الكالكوجــ�‪.‬‬ ‫هــو‬ ‫تمثــل إنجــاز الفريــق البحــث �ف‬ ‫ي ي‬ ‫تبديــل ذرات الســيلينيوم عــى نحــو‬ ‫ئ‬ ‫الك�يــت عــى أحــد‬ ‫انتقــا� بــذرات ب‬ ‫ي‬ ‫جانــى الصحائــف الذريــة الرقيقــة؛‬ ‫بي‬ ‫لتخليــق طبقــة «جانــوس» أ‬ ‫الحاديــة‬ ‫غــر ا لمتنا ظــرة ‪ .‬مــن ا لســهل‬ ‫ي‬ ‫أمــرا شــديد‬ ‫كان‬ ‫لكنــه‬ ‫هــذا‪،‬‬ ‫وصــف‬ ‫ً‬

‫الصعوبــة ف ي� تنفيــذه‪ .‬يقــول يل ‪:‬‬ ‫«اســتغرق منــا أ‬ ‫المــر مــا يقــرب مــن‬ ‫َّ‬ ‫ثالثــة أعــوام‪ ،‬خطــوة بخطــوة»‪.‬‬ ‫ويوضــح ل أن أ‬ ‫المــر كان يســتحق‬ ‫ي‬ ‫الجهــد المبــذول فيــه؛ ألن «انعــدام‬ ‫التناظــر يخلــق خصائــص جديــدة»‪.‬‬ ‫وبمصطلحــات ث‬ ‫أكــر تقنيــة‪ ،‬فــإن‬ ‫الســمة أ‬ ‫الساســية المفيــدة للمواد شــبه‬ ‫ال ت‬ ‫لك�ونــات الخاصة‬ ‫الموصلة هــي أن إ‬ ‫بهــا يمكنهــا أن تشــغل مســتويات‬ ‫مختلفــة مــن الطاقــة أو حــاالت‬ ‫المغــزل‪ .‬ويخلــق انعــدام‬ ‫الــدوران‬ ‫ي‬ ‫ـواح الطبقــات أ‬ ‫الحادية‬ ‫التناظــر عـ بـر ألـ‬ ‫تنو ًعــا أكـ ثـر ثـرا ًء مــن مســتويات الطاقة‬ ‫ـال يتيــح العديــد مــن‬ ‫المختلفــة‪ ،‬وبالتـ ي‬ ‫الفــرص لالســتخدام ف ي� التطبيقــات‬ ‫عــى أرض الواقــع‪.‬‬ ‫ويؤكــد يل أن هــذا البحــث مــا زال‬ ‫ف� مرحلــة العلــوم أ‬ ‫الساســية؛ ففريقــه‬ ‫ي‬ ‫حــى آ‬ ‫ال يمتلــك ت‬ ‫الن أيــة تطبيقــات‬ ‫محــددة للمــادة الجديــدة‪ ،‬ويضيــف‬ ‫قائــا‪« :‬ولكــن ي ز‬ ‫ً‬ ‫الف� يــاء الجديــدة‬ ‫دائمــا مــن‬ ‫والظواهــر الجديــدة تنبثــق ً‬ ‫اكتشــاف مــواد جديــدة»‪.‬‬ ‫وإضافــة إىل تطبيقــات أشــباه‬ ‫ا لموصــات ا لتقليد يــة ‪ ،‬يعتقــد‬ ‫الباحثــون أن مادتهــم غـ يـر المتناظــرة‬ ‫قــد تكــون مفيــدة ف ي� مجــال ش ئ‬ ‫نــا�‬ ‫«ال ت‬ ‫لك�ونيــات المغزليــة»‬ ‫يســمى إ‬ ‫(‪ .)spintronics‬و يَســتخدم هــذا‬ ‫واحــدة مــن‬ ‫التغــرات ف ي�‬ ‫المجــال‬ ‫ٍ‬ ‫ي ُّ‬ ‫ال ت‬ ‫لك�ونــات تُعــرف بالدوران‬ ‫خــواص إ‬ ‫عوضــا عــن االكتفــاء‬ ‫المغــزل ‪،‬‬ ‫ً‬ ‫ي‬ ‫بالشــحنة الكهربائيــة وحدهــا كوســيلة‬ ‫لتغيــر الســلوك إ ت ن‬ ‫و� ف ي�‬ ‫ي‬ ‫ال لكــر ي‬ ‫نطاقــات ذريــة‪.‬‬ ‫حاليــا ف ي� تطبيــق ذلــك‬ ‫ويأمــل يل ًّ‬ ‫االبتــكار عــى مــواد جديــدة مــن نــوع‬ ‫«جانــوس»‪ ،‬ومــن ثَــم توســيع نطــاق‬ ‫ت‬ ‫الــى يوفرهــا عــدم التناظــر‬ ‫الفــرص ي‬ ‫المفيــد هــذا‪.‬‬ ‫‪Lu, A-Y., Zhu, H., Xiao, J.,‬‬ ‫& ‪Chuu, C-P., Han, Y., ...‬‬ ‫‪Li, L. Janus monolayers‬‬ ‫‪of transition metal‬‬ ‫‪dichalcogenides. Nature‬‬ ‫‪Nanotechnology 12, 744-749‬‬ ‫‪(2017).‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪47 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫مواد ذكية‬

‫البحث عن أشباه‬ ‫موصالت من‬ ‫نوع جديد‬ ‫التناظر عبر جانبي مواد‬ ‫ُ‬ ‫إضفاء عدم‬ ‫فرصا‬ ‫رقيقة ذات سماكة ذرية يخلق‬ ‫ً‬ ‫جديدة ألشباه الموصالت‪.‬‬

‫‪C E M S E‬‬ ‫قــد تكتســب المــواد شــبه الموصلــة‬ ‫ت‬ ‫الــى تُدعــى الكالكوجينيــدات الثنائيــة‬ ‫ي‬ ‫(‪ )dichalcogenides‬خصائــص أوســع‬ ‫عنــد إضفــاء عــدم التناظر بع� مســتوى‬ ‫ألــواح صحائــف الــذرات ت‬ ‫الم�ابطــة‪.‬‬ ‫قــام باحثــون ف ي� جامعــة الملــك‬ ‫عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة (كاوســت)‬ ‫بتخليــق طبقــة أحاديــة تدعــى‬ ‫«جانــوس» ‪ Janus‬أحاديــة ‪-‬ســميت‬ ‫باســم «جانــوس» نســبة إىل أحــد‬ ‫آلهــة أ‬ ‫ســاط� الرومانيــة الــذي كان‬ ‫ال‬ ‫ي‬ ‫ين‬ ‫ين‬ ‫اتجاهــ�‬ ‫وجهــ� ينظــران ف ي�‬ ‫يمتلــك‬ ‫ين‬ ‫متعاكســ�‪ ،‬والــذي كان يُعتقــد أنــه‬ ‫ف‬ ‫عــر البوابــات‪.‬‬ ‫يتحكــم ي� االنتقــال ب‬ ‫قــد تســاعد طبقــات «جانــوس»‬ ‫أ‬ ‫الحاديــة ف ي� التحــول نحــو تطبيقــات‬ ‫جد يــد ة أل شــبا ه ا لموصــا ت‬ ‫ف� ا إل ت‬ ‫يــد ا‬ ‫لك� ونيــا ت ‪ ،‬وتحد ً‬ ‫ي‬ ‫ت‬ ‫إ ت‬ ‫ـى تعتمــد‬ ‫اللك�ونيــات النانويــة‪ ،‬الـ ي‬ ‫عــى التالعــب بمجموعــات متناهيــة‬ ‫الصغــر مــن الــذرات‪.‬‬ ‫يقــول ي ن‬ ‫لــ� يونــج يل ‪ ،‬أســتاذ‬ ‫العلــوم الكيميائيــة‪« :‬طريقتنــا‬ ‫الفريــدة ف ي� تركيــب المــادة تمهــد‬ ‫الطريــق إىل تغيــر أ‬ ‫اللــواح ثنائيــة‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫الســمك الــذري الرقيــق‬ ‫البعــاد ذات ُّ‬ ‫المصنوعــة مــن تلــك المــواد‪ ،‬عــى‬ ‫المســتوى الــذري»‪.‬‬ ‫تتكــون الكالكوجينيــدات الثنائيــة‬ ‫‪ 46‬يناير ‪2018‬‬

‫بعيــدا عــن الجهــاز ف ي� شــكل إشــعاع‬ ‫ممــا يــؤدي إىل ضــخ الحــرارة‬ ‫ً‬ ‫حـراري‪ .‬وهكــذا فــإن هــذه أ‬ ‫صغ�ة‪،‬‬ ‫ـات‬ ‫ـ‬ ‫كثالج‬ ‫ـا‬ ‫ـ‬ ‫فعلي‬ ‫ـل‬ ‫ـ‬ ‫تعم‬ ‫ـزة‬ ‫ـ‬ ‫جه‬ ‫ال‬ ‫ي‬ ‫ًّ‬ ‫وتنخفــض جــودة أدائهــا كلمــا زادت برودتهــا‪.‬‬ ‫وجــه الفــرج وزمــاؤه أشــعة ي ز‬ ‫لــرر مــن‬ ‫ولقيــاس هــذا‬ ‫ي‬ ‫التأثــر‪َّ ،‬‬ ‫التيتانيــوم والياقــوت أ‬ ‫الزرق نحــو أســاكهم النانويــة‪ ،‬وقاســوا‬ ‫االنبعاثــات الضوئيــة المنبثقــة مــن العينــة‪ .‬واســتطاعوا بعــد ذلــك‬ ‫حســاب إ ت‬ ‫ضوئيــا للنظــام‪ :‬وهــي كميــة ديناميكية‬ ‫الن�وبيــا المســتحثة ًّ‬ ‫ت‬ ‫ـى يمكــن تحويلهــا‬ ‫حراريــة تعـ بـر عــن عــدم توافــر طاقــة النظــام الـ ي‬ ‫ئ‬ ‫ـو�‪.‬‬ ‫إىل عمــل بســبب بت�يــد إ‬ ‫الشــعاع الضـ ي‬

‫حراريا‬ ‫«صنع أجهزة مستقرة ًّ‬ ‫ومناسبة لالستخدام اليومي من‬ ‫األسالك النانوية المصنوعة من‬ ‫نتريدات معدنية»‪.‬‬

‫باحثو ‪KAUST‬‬ ‫يمهدون‬ ‫الطريق نحو‬ ‫جيل جديد‬ ‫من األجهزة‬ ‫البصرية‬ ‫اإللكترونية‬ ‫التي ال‬ ‫تعتمد على‬ ‫السيليكون‬ ‫وحده‪.‬‬

‫وعنــد درجــات حــرارة تزيــد عــن ‪ 250‬درجــة كلفــن ف ي� النظــام‪،‬‬ ‫تصبــح عمليات إعــادة التجميــع يغ� المشــعة ت‬ ‫للإلك�ونــات والفجوات‬ ‫ف‬ ‫ال ت‬ ‫لك�ونــات بالفجــوات‪ ،‬ممــا يتســبب ي� ارتفــاع‬ ‫مهيمنــة؛ إذ تســقط إ‬ ‫إ ت‬ ‫ضوئيــا وانخفــاض كفــاءة أداء الجهــاز‪.‬‬ ‫الن�وبيــا المســتحثة ًّ‬ ‫ت‬ ‫ضوئيــا‬ ‫يقــول الفــرج‪« :‬إننــا نخطــط لدراســة إ‬ ‫الن�وبيــا المســتحثة ًّ‬ ‫ف� مــواد أخــرى‪ ،‬مثــل أ‬ ‫الســاك النانويــة المصنوعــة مــن تن�يــد‬ ‫يأ‬ ‫اللومنيــوم والجاليــوم‪ ،‬وأكســيد الزنــك»‪ .‬ويضيــف الفــرج قائـ ًـا‪:‬‬ ‫أيضــا أقطــار أســاك نانويــة مختلفــة بعضهــا ببعــض‪،‬‬ ‫«ســنقارن ً‬ ‫ونفحــص هيــاكل أخــرى‪ ،‬مثــل أ‬ ‫الغشــية الرقيقــة»‪.‬‬ ‫ومن شــأن هذه الدراســات أن تســاعد المهندسـ ي ن‬ ‫ـ� ف ي� صنــع أجهزة‬ ‫أ‬ ‫مســتقرة حراريًّــا ومناســبة لالســتخدام اليومــي مــن الســاك النانوية‬ ‫المصنوعــة مــن تن�يــدات معدنية‪.‬‬ ‫‪Alfaraj, N., Mitra, S., Wu, F., Ajia, I., Bilal, J.,‬‬ ‫‪Prabaswara, A., Aljefri, R., Sun., Ng, T. Ooi, B., Roqan,‬‬ ‫‪I. S. & Li, X. Photoinduced entropy of InGaN/GaN‬‬ ‫‪p-i-n double-heterostructure nanowires. Applied‬‬ ‫‪Physics Letters 110, 191110 (2017).‬‬

‫مواد ذكية‬

‫إبقاء الحرارة بالخارج‪..‬‬ ‫خطوة نحو جيل جديد من‬ ‫األجهزة اإللكترونية‬ ‫رؤى جديدة للسلوك الحراري لألسالك النانوية‬ ‫المصنوعة من النتريدات المعدنية يمكن أن تفتح‬ ‫آفاقا جديدة في مجال اإللكترونيات البصرية‪.‬‬ ‫ً‬

‫‪C E M S E‬‬

‫أسالك نيتريد‬ ‫معدنية يمكن‬ ‫أن تستخدم‬ ‫لإللكترونيات‬ ‫البصرية‪.‬‬

‫البــاب أمــام إمكانيــات جديــدة ت‬ ‫للإلك�ونيــات البرصيــة‪ .‬غـ يـر أن أحــد‬ ‫أ‬ ‫التحديــات البــارزة يكمــن ف ي� أنــه عــى الرغــم مــن أن الســاك النانويــة‬ ‫المصنوعــة مــن تن�يــدات معدنيــة تعمــل بكفــاءة عنــد درجــات الحـرارة‬ ‫المنخفضــة‪ ،‬فــإن التأثـ يـرات الحراريــة يمكنهــا أن تؤثر بشــدة عــى أدائها‬ ‫ف ي� درجــة حـرارة الغرفــة‪ .‬ولحــل هــذه المشــكلة‪ ،‬عمــل طالب الدكتــوراة‬ ‫نــارص الفرج مــع ش‬ ‫م�فــه زياهانــج يل وزمالئه عىل إجـراء دراســة تُعد هي‬ ‫آ‬ ‫أ‬ ‫الكـ ثـر تفصيـ ًـا حـ تـى الن حــول تلــك التأثـ يـرات الحراريــة‪.‬‬ ‫أعــد الباحثــون أســاكًا نانويــة مصنوعــة مــن تن�يــد الجاليــوم‬ ‫ـط�ة ذي طبقات‬ ‫(‪ )GaN‬عــى صــورة بنيــة ‪ ،p-i-n‬وهــي عبــارة عــن شـ ي‬ ‫مــن نســخ مــن شــبه الموصــل تســمى النــوع ‪ p‬والنــوع ‪ ،n‬تحيــط‬ ‫تغــر‪ .‬تكــون أشــباه الموصــات مــن‬ ‫بطبقــة لــم يطــرأ عليهــا أي ي ُّ‬ ‫طعمــةً بمــواد توفــر ت‬ ‫إلك�ونــات إضافيــة‪ ،‬بينما تكون أشــباه‬ ‫النــوع ‪ُ n‬م َّ‬ ‫ت‬ ‫طعمــةً بمــواد ذات إلك�ونــات أقــل‪ ،‬مــا‬ ‫الموصــات مــن النــوع ‪ُ p‬م َّ‬ ‫ف‬ ‫ال ت‬ ‫ت‬ ‫لك�ونــات‬ ‫يــرك «فجــوات» ي� البنيــة البلوريــة‪ .‬وتعمــل ٌّكل مــن إ‬ ‫أ‬ ‫والفجــوات كناقــات للشــحنة الكهربائيــة‪ ،‬ممــا يعطــي الجهــزة شــبه‬ ‫ال ت‬ ‫لك�ونيــة المفيــدة‪.‬‬ ‫الموصلــة خواصهــا إ‬ ‫أ‬ ‫ت‬ ‫ــد الســاك النانويــة المصنوعــة مــن ن�يــد‬ ‫يقــول الفــرج‪« :‬تُ َع ُّ‬ ‫الجاليــوم ذات ت‬ ‫الشــارات‬ ‫ال�كيــب ‪ p-i-n‬مالئمــةً لتصنيــع مخففــات إ‬ ‫الكهربائيــة‪ ،‬والمفاتيــح الرقميــة عاليــة الـ تـردد‪ ،‬والكواشــف الضوئيــة‬ ‫ـلبا عندمــا تعــود‬ ‫عاليــة الكفــاءة‪ .‬ومــع ذلــك فــإن أداءهــا يتأثــر سـ ً‬ ‫ال ت‬ ‫معــا مــرة أخــرى‪ ،‬خاصــةً ف ي� درجــة‬ ‫إ‬ ‫لك�ونــات والفجــوات لالجتمــاع ً‬ ‫ت‬ ‫ح ـرارة تقــرب مــن درجــة ح ـرارة الغرفــة»‪.‬‬ ‫ئ‬ ‫وعــى نحــو ث‬ ‫عــر‬ ‫تحديــدا‪ ،‬عندمــا يعمــل مجــال‬ ‫أكــر‬ ‫كهربــا� ب‬ ‫ً‬ ‫ي‬ ‫ت‬ ‫اللك�ونــات والفجــوات يمكــن أن يتأثــر‪،‬‬ ‫ســلك نانــوي‪ ،‬فــإن تــوا ُزن إ‬

‫‪LEFT: GETTY IMAGES, TOP: STOCKBYTE/ GETTY IMAGES,‬‬ ‫‪RIGHT: GEORGE DOYLE/ STOCKBYTE/ GETTY IMAGES‬‬

‫أ‬ ‫ال ت‬ ‫لك�ونيــة حال ًّيــا عــى رقائــق أساســها‬ ‫تحتــوي معظــم الجهــزة إ‬ ‫الســيليكون‪ .‬وتُظهــر مــواد أخــرى شــبه موصلــة بخــاف الســيليكون‬ ‫إمكانيــات واعــدة‪ ،‬لكنهــا تحتــاج إىل المزيــد مــن أ‬ ‫البحــاث لتصبــح‬ ‫قابلــةً لالســتخدام عــى نطــاق تجــاري‪ .‬وقــد أجــرى باحثــون مــن‬ ‫جامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة (كاوســت) تحليـ ًـا شـ ً‬ ‫ـامل‬ ‫لواحــدة مــن تلــك المــواد –وهــي أ‬ ‫الســاك النانويــة المصنوعــة مــن‬ ‫ت‬ ‫يقربهــا خطــو ًة مــن أن تكــون مفيــدة‪.‬‬ ‫ن�يــدات معدنيــة‪ -‬عــى نحـ ٍـو ِّ‬ ‫ف‬ ‫ن‬ ‫ت‬ ‫معد� ي� شــكل‬ ‫عنــد ترتيب أشــباه الموصــات المصنوعــة من ن�يــد ي‬ ‫أســاك نانويــة الحجــم‪ ،‬تصبــح فائقــة الحساســية للضــوء‪ ،‬ممــا يفتــح‬

‫تعزيــز فعالية‬ ‫األجهــزة اإللكترونية‬ ‫المشــعة للضوء‬

‫نيربندرا سينج واألستاذ أودو‬ ‫شوينجنشلوجل يناقشان قدرة‬ ‫الطبقة األحادية ‪ PtSe2‬على‬ ‫استشعار الغازات‪.‬‬

‫نموذج ذري ُيظهر تراكم الشحنة (األصفر)‬ ‫والنضوب (األحمر) عند امتزاز أول أكسيد‬ ‫النيتروجين ‪ NO‬على الطبقة األحادية ‪.PtSe2‬‬ ‫تظهر ذرات البالتين باللون الرمادي وذرات‬ ‫السيلينيوم باللون األخضر‪.‬‬

‫ن‬ ‫ـا� كالكوجينيــد البالتينيــوم‬ ‫إمكانيــات ثـ ي‬ ‫ف‬ ‫‪PtSe2‬؛ الســتخدامه ي� كواشــف الغازات‬ ‫عــن طريــق تقنيــات حوســبية معقــدة‪.‬‬ ‫يقــول شوينجنشــلوجل‪« :‬تُظهــر‬ ‫أ‬ ‫ن‬ ‫لثــا� كالكوجينيــد‬ ‫الطبقــة الحاديــة ي‬ ‫تجريبيــا إمكانيــة انتقــال‬ ‫البالتينيــوم‬ ‫ًّ‬ ‫عاليــة لحامــات الشــحنة‪ ،‬وهــو‬ ‫مفيــدا ف ي� استشــعار‬ ‫مــا قــد يكــون‬ ‫ً‬ ‫الغــازات»‪ .‬ويضيــف ً‬ ‫قائــا إن هــذه‬ ‫المــادة لــم تؤخــذ ف ي� االعتبــار مــن قبل‬ ‫الســتخدامها ف ي� هــذا الغــرض‪ .‬وهــذا‬ ‫يبــ� التفاعــل ي ن‬ ‫النهــج ي ن‬ ‫بــ� الطبقــة‬ ‫أ‬ ‫الحاديــة وجزيئــات الغــاز عنــد‬ ‫وال ت‬ ‫لك�ونيــة‪.‬‬ ‫المســتويات البنيويــة إ‬ ‫نموذجــا‬ ‫ـون‬ ‫ف ي� البدايــة‪ ،‬بـ نـى الباحثـ‬ ‫ً‬ ‫أحــادي الطبقــة‪ُ ،‬مكونًــا مــن ذرات‬ ‫َّ‬ ‫ســيلينيوم شــكلت ترتيبــات ثُمانيــة‬ ‫أ‬ ‫الوجه مع وجــود ذرة بالتـ ي ن‬ ‫ـ� ف ي� المركز‪.‬‬

‫وبعــد ذلــك‪ ،‬قامــوا بتحديــد الهندســة‬ ‫المثــى لجزيئــات الغــاز المفــردة مثــل‬ ‫ُ‬ ‫‪ ،NOX‬و‪ ،NH3‬و‪ ،H2O‬و‪ ،CO2‬و‪ ،CO‬عند‬ ‫االمـ ت ز‬ ‫ـراز‪ .‬ومــن ثَــم‪ ،‬عملــوا عــى تقييم‬ ‫ت‬ ‫ز‬ ‫الممــرة عــى‬ ‫قــدرة تلــك الجزيئــات ُ‬ ‫أ‬ ‫نقــل الشــحنة إىل الطبقــة الحاديــة‬ ‫تز‬ ‫االمــراز المســتحث‬ ‫تغــرات‬ ‫بفحــص ي ُّ‬ ‫ف‬ ‫ال ت‬ ‫لك�ونيــة‪.‬‬ ‫ي� الخــواص إ‬ ‫توفــر تلــك الحســابات طاقــات‬ ‫تز‬ ‫تشــر إىل انجــذاب‬ ‫امــراز عاليــة‪،‬‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫ن‬ ‫قــوي بـ يـ� الطبقــة الحاديــة وجزيئــات‬ ‫الغــاز‪ .‬وقــد تســببت جميــع الجزيئات‬ ‫تز‬ ‫تغيــر شــحنة الطبقــة‬ ‫الممــرة ف ي�‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫الحاديــة‪ ،‬وتُعــد هــذه خاصيــة‬ ‫أساســية للقــدرة عــى استشــعار‬ ‫الغــازات لطبقــة ‪ PtSe2‬أ‬ ‫الحاديــة‪.‬‬ ‫إضافــة إىل ذلــك‪ ،‬كانــت التفاعــات‬ ‫أكــر فاعليــةً مــع الطبقــة أ‬ ‫ث‬ ‫الحاديــة‬ ‫‪ PtSe2‬ممــا كانــت عليــه مــع نظائرهــا‬ ‫مــن ‪ MoS2‬أو الجرافـ ي ن‬ ‫ـ� المعتمــد عــى‬ ‫الكربــون‪ .‬يقــول شوينجنشــلوجل‪:‬‬ ‫تفســر هــذا االختــاف‬ ‫المثــر‬ ‫«مــن‬ ‫ي‬ ‫ي‬ ‫عنــد مســتوى مــداري جزيــئ ي »‪ .‬وقــد‬ ‫ال ت‬ ‫لك�ونــات‬ ‫كشــفت حســابات انتقــال إ‬ ‫وجــود حساســية عاليــة لطبقــة ‪PtSe2‬‬ ‫أ‬ ‫الحاديــة كمستشــعر للغــازات‪.‬‬ ‫موضحــا‪:‬‬ ‫ويقــول شوينجنشــلوجل‬ ‫ً‬ ‫ين‬ ‫متعاونــ�‬ ‫حاليــا عــن‬ ‫«إننــا نبحــث ًّ‬ ‫ين‬ ‫تجريبيــ� لتطبيــق مفهومنــا»‪.‬‬ ‫‪Sajjad, M., Montes, E., Singh,‬‬ ‫‪N. & Schwingenschlögl,‬‬ ‫‪U. Superior gas sensing‬‬ ‫‪properties of monolayer‬‬ ‫‪PtSe2. Advanced Materials‬‬ ‫‪Interfaces 4,1600911(2016).‬‬

‫تحقيــق مكاســب فــي الكفــاءة مــن خــال ضبــط‬ ‫خــواص مــواد شــبه موصلــة بالجمــع بيــن طبقــات‬ ‫ذات تركيبــات مختلفــة‪.‬‬

‫اســتطاع باحثــون مــن جامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم‬ ‫ال ت‬ ‫لك�ونيــة لســطح‬ ‫والتقنيــة (كاوســت) تحديــد الســمات إ‬ ‫بــ� ي ن‬ ‫بيــن فاصــل ي ن‬ ‫اثنــ� مــن أشــباه الموصــات لهمــا‬ ‫ي‬ ‫فجــوات طاقــة واســعة‪ ،‬وتُعــد هــذه فكــر ًة مــن شــأنها أن‬ ‫أ‬ ‫ال ت‬ ‫ين‬ ‫لك�ونيــة المشــعة‬ ‫تســاعد ف ي�‬ ‫تحســ� كفــاءة الجهــزة إ‬ ‫للضــوء وذات الطاقــة العاليــة‪.‬‬ ‫ت‬ ‫تتســم أشــباه الموصــات ‪-‬مثــل الســيليكون ون� يــد‬ ‫الجاليــوم‪ -‬بخــواص كهربائيــة تقــع ف� منطقــة مــا ي ن‬ ‫بــ�‬ ‫ي‬ ‫خــواص الموصــات والعــوازل؛ فهــي تســمح بمــرور التيــار‬ ‫ال ت‬ ‫لك�ونــات طاقــةً كافيــة للتغلــب‬ ‫فقــط عندمــا تمتلــك إ‬ ‫عــى حاجــز يُعــرف باســم «فجــوة الطاقــة»‪ .‬وتحــدد فجــوة‬ ‫ـا�ة أو غـ يـر مبـ ش‬ ‫الطاقــة ‪-‬الـ تـى قــد تكــون مبـ ش‬ ‫ـا�ة‪ ،‬ضيقــة أو‬ ‫ي‬ ‫خــواص أشــباه الموصــات‪ ،‬وكذلــك التطبيقــات‬ ‫واســعة‪-‬‬ ‫َّ‬ ‫المعتمــدة عليهــا‪.‬‬ ‫ت‬ ‫الــى لهــا فجــوة طاقــة‬ ‫فعــى‬ ‫ســبيل المثــال‪ ،‬المــواد ي‬ ‫أ‬ ‫ف‬ ‫ال ت‬ ‫لك�ونيــات عاليــة الطاقــة لن لهــا جهــد‬ ‫كبــرة مفيــدة ي� إ‬ ‫ي‬ ‫لل�انزســتورات ت‬ ‫كبــرا ت‬ ‫الــى تتســم بكفــاءة الطاقــة‬ ‫انهيــار‬ ‫ي‬ ‫ً‬ ‫ي‬ ‫مقارنــةً بالمــواد ت‬ ‫الــى لهــا فجــوة طاقــة ضيقــة‪ ،‬مثــل‬ ‫ي‬ ‫أيضــا أن تنتــج الضــوء ف ي�‬ ‫الســيليكون‪ .‬ويمكــن لهــذه المــواد ً‬ ‫منتصــف الجــزء فــوق البنفســجي مــن الطيــف‪ ،‬ممــا يجعلهــا‬ ‫التطهــر وتنقيــة الميــاه‪.‬‬ ‫مفيــد ًة ف ي� عمليــات‬ ‫ي‬ ‫ث‬ ‫ويمكــن تصميــم هــذه المــواد عــى نحـ ٍـو أكــر دقــةً مــن‬ ‫أجــل تطبيــق محــدد عــن طريــق وضــع أشــباه موصــات‬ ‫مختلفــة ف ي� طبقــات بعضهــا فــوق بعــض؛ لصنــع مــا يســمى‬ ‫«بنيــة غـ يـر متجانســة» تمتلــك الخصائــص المرغوبــة‪ .‬ولكــن‬ ‫رض‬ ‫ت‬ ‫ـى تنتظــم بهــا فجــوات‬ ‫مــن ال ـ وري أن نفهــم الكيفيــة الـ ي‬ ‫ين‬ ‫الطاقــة‬ ‫الثنــ� مــن أشــباه الموصــات عنــد جمــع أشــباه‬ ‫معــا بهــذه الطريقــة‪.‬‬ ‫الموصــات ً‬ ‫أفــاد هايدينــج صــون والباحــث الرئيــس زياهانــج يل‬ ‫مــن كاوســت وزمالؤهمــا مــن معهــد جورجيــا للتكنولوجيــا‬ ‫بالواليــات المتحــدة أ‬ ‫تجريبيــا‬ ‫المريكيــة أنهــم قاســوا‬ ‫ًّ‬ ‫ين‬ ‫الثنــ� مــن المــواد همــا‪:‬‬ ‫كبــرة منبثقــة‬ ‫انتظــام فجــوات ي‬ ‫أ‬ ‫تن� يــد أ‬ ‫اللومنيــوم بــورون ت‬ ‫ون� يــد اللومنيــوم جاليــوم‪.‬‬ ‫ف‬ ‫و� عــام ‪ُ 2014‬م ِن َحــت جائــزة نوبــل‬ ‫ف الجديــر فبالذكــر أنــه ي‬ ‫� يز‬ ‫الف� يــاء ي� مجــال تطويــر الصمامــات الثنائيــة المشــعة‬ ‫ي‬ ‫ت‬ ‫للضــوء المصنوعــة مــن ن� يــد الجاليــوم‪ .‬ولكــن مقارنــة‬ ‫بن� يــد الجاليــوم‪ ،‬يمتلــك تن� يــد أ‬ ‫ت‬ ‫اللومنيــوم فجــوة طاقــة‬ ‫اكتشافات كاوست ‪51 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫مواد ذكية‬

‫صحيفة شبه موصلة فائقة الرقة‪ ،‬تُ ظهر خواص‬ ‫إلكترونية حساسة للغاز قد تؤدي إلى إنتاج‬ ‫مستشعرات غاز عالية الحساسية‪.‬‬

‫‪P S E‬‬ ‫يمكــن لكواشــف الغــاز القــادرة‬ ‫عــى استشــعار كميــات ضئيلــة مــن‬ ‫الملوثــات أن تســاعد عــى رصــد‬ ‫ِّ‬ ‫أكــر‪ .‬وقــد‬ ‫جــودة الهــواء بكفــاءة ب‬ ‫‪ 50‬يناير ‪2018‬‬

‫اكتشــف باحثــون ف ي� جامعــة الملــك‬ ‫عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة (كاوســت)‬ ‫إلك�ونيــة ثنائيــة أ‬ ‫مــاد ًة ت‬ ‫البعــاد‪،‬‬ ‫تُظهــر حساســية عاليــة لجزيئــات‬ ‫ن‬ ‫ـا� أكســيد الكربــون‬ ‫الغــازات‪ ،‬مثــل ثـ ي‬ ‫ت‬ ‫وجــ�ن‬ ‫( ‪ ،)CO 2‬وأكســيدات الني� ي‬

‫‪KAUST / ANASTASIA KHRENOVA‬‬

‫طاقات جديدة‬ ‫في مجال‬ ‫استشعار الغازات‬

‫( ‪ ،)NO‬أ‬ ‫والمونيــا ( ‪.)NH 3‬‬ ‫‪X‬‬ ‫ــد الصحائــف ذات الســماكة‬ ‫تُ َع ُّ‬ ‫ت‬ ‫الــى تتكــون‬ ‫الذريــة الرقيقــة‬ ‫ي‬ ‫مــن معــادن انتقاليــة مرتبطــة‬ ‫ين‬ ‫الك�يــت‪،‬‬ ‫بــذرات‬ ‫كالكوجــ� ‪-‬مثــل ب‬ ‫والتيل�يــوم‪ -‬بدائــل‬ ‫والســيلينيوم‪،‬‬ ‫ي‬ ‫متعــددة االســتخدامات ألشــباه‬ ‫الموصــات أ‬ ‫الكـ ثـر تقليديــة المعتمــدة‬ ‫عــى الســيليكون‪ .‬واعتمــا ًد ا عــى‬ ‫ن‬ ‫المعــد� فيهــا‪ ،‬تمتلــك تلــك‬ ‫المكــون أ ي‬ ‫الطبقــات الحاديــة للكالكوجينيــدات‬ ‫الثنائيــة والمعــادن االنتقاليــة مجموعــةً‬ ‫مــن الفجــوات ‪-‬وهــي حواجــز طاقــة‬ ‫ال ت‬ ‫لك�ونــات عـ بـر المــادة‪-‬‬ ‫تقيــد تد ُّفــق إ‬ ‫لتغيــر الخــواص‬ ‫ضبطهــا‬ ‫يمكــن‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫ال ت‬ ‫لك�ونيــة للطبقــات الحاديــة‪.‬‬ ‫إ‬ ‫ت‬ ‫اللك�ونيــة الفريــدة‬ ‫الخصائــص إ‬ ‫لتلــك الطبقــات أ‬ ‫الحاديــة لها قــدرة عىل‬

‫ـ� عــدد كبــر مــن أ‬ ‫تحسـ ي ن‬ ‫الجهــزة‪ ،‬منهــا‬ ‫ي‬ ‫ترانزســتورات تأثـ يـر المجال‪ ،‬والكواشــف‬ ‫الضوئيــة‪ ،‬ومستشــعرات الغــازات‪.‬‬ ‫تبــ� أن الطبقــات أ‬ ‫ولقــد ي َّ ن‬ ‫الحاديــة‬ ‫مثاليــا‬ ‫ــد‬ ‫شــبه الموصلــة تُ َع ُّ‬ ‫ً‬ ‫مرشــحا ًّ‬ ‫كمــواد مستشــعرة للغــازات؛ ألن نســبة‬ ‫الســطح إىل الحجــم فيهــا مرتفعــة‪.‬‬ ‫فعــى ســبيل المثال‪ ،‬جــرى دمــج ‪MoS2‬‬ ‫ف‬ ‫تأثــر المجــال للكشــف‬ ‫ي� ترانســتورات ي‬ ‫ت‬ ‫ن‬ ‫عــن أول أكســيد الني�وجـ يـ� (‪ .)NO‬غـ يـر‬ ‫أن أداءهــا كان محــدو ًدا بســبب إمكانيــة‬ ‫نســبيا لحامــات‬ ‫االنتقــال المنخفضــة‬ ‫ًّ‬ ‫ت‬ ‫الــى‬ ‫الشــحنة‪ ،‬أو بســبب الرسعــة ي‬ ‫تتحــرك بهــا ت‬ ‫إلك�وناتهــا (أو فجواتهــا)‬ ‫ئ‬ ‫كهربــا�‪.‬‬ ‫عنــد تعريضهــا لمجــال‬ ‫ي‬ ‫ومــن أجــل التغلُّــب عــى تلــك‬ ‫العيــوب‪ ،‬عمــل فريــق أ‬ ‫الســتاذ أودو‬ ‫شوينجنشــلوجل ف ي� كاوســت عــى تقييم‬

‫يعمل الباحثون في جامعة الملك عبد الله‬ ‫للعلوم والتقنية (كاوست) على تقييم مرونة‬ ‫األنواع التي تعيش في البحر األحمر وصمودها‬ ‫تغير المناخ والضغوط التي‬ ‫في مواجهة ُّ‬ ‫يسببها البشر‪ .‬وتتيح لهم اكتشافاتهم العلمية‬ ‫صياغة أكثر الخطط اإلدارية فاعلية للحفاظ على‬ ‫الموارد التي يوفرها البحر األحمر للمنطقة‪.‬‬

‫‪KAUST / TANE SINCLAIR-TAYLOR‬‬

‫حمايــة‬ ‫البيئــة البحريــة‬ ‫تعرف على المزيد‪:‬‬ ‫ّ‬

‫اكتشافات كاوست ‪53 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫مواد ذكية‬

‫‪KAUST‬‬

‫ت‬ ‫إلكــرون‬ ‫بكثــر تبلــغ ‪6.1‬‬ ‫أكــر‬ ‫ي‬ ‫ب‬ ‫فولــت‪ .‬ويمكــن ضبــط الخــواص‬ ‫لن� يــد أ‬ ‫الكهربائيــة ت‬ ‫ال لومنيــوم‬ ‫باســتبدال بعــض ذرات البــورون‬ ‫أ و ا لجا ليــوم ببعــض ذ را ت‬ ‫أ‬ ‫ال لومنيــوم‪.‬‬ ‫بينيــا ي ن‬ ‫بــ�‬ ‫صنــع الفريــق‬ ‫ً‬ ‫ســطحا ًّ‬ ‫تن�يــد أ‬ ‫اللومنيــوم بــورون‪ ،‬بنســبة‬ ‫ذرات بــورون إىل أ‬ ‫اللومنيوم ‪،86:14‬‬ ‫ون�يــد أ‬ ‫ت‬ ‫اللومنيــوم جاليــوم‪ ،‬بنســبة‬ ‫ف‬ ‫جاليــوم ت‬ ‫للن�يــد ‪ � ،70:30‬ي ز‬ ‫ركــرة‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫ت‬ ‫مــن الياقــوت الزرق المغلــف بن�يد‬ ‫أ‬ ‫اللومنيــوم‪.‬‬ ‫واســتخدم الفريــق مطيافيــة‬ ‫ا أل شــعة ا لســينية با إل شــعا ع‬ ‫ئ‬ ‫الضــو� ذات الدقــة العاليــة‬ ‫ي‬ ‫ن‬ ‫بــ� قمــم‬ ‫لقيــا س ا إل زا حــة ي‬ ‫فجــوا ت ا لطا قــة للما د ي ن‬ ‫تــ�‬ ‫و قيعا نهــا ‪ .‬و قــد أ ثبتــوا أ ن‬ ‫فجــوات ا لطاقــة لهــا ترتيــب‬ ‫ت‬ ‫حافــى‬ ‫متــدرج‪ ،‬إذ تكــون كلتــا‬ ‫ي‬ ‫القمــة والقــاع لفجــوة الطاقــة‬ ‫ت‬ ‫لن� يــد ا أل لومنيــوم جا ليــوم‬ ‫‪ A l 0 . 7 G a 0 . 3 N‬أ قــل مــن‬ ‫فتــ� ا لمقا ي ن‬ ‫ا لحا ي ن‬ ‫بلتــ� لهمــا‬ ‫أ‬ ‫ف ي� تن� يــد ال لومنيــوم بــورون‬ ‫‪.B 0 . 1 4 A l 0 . 8 6 N‬‬ ‫يقــول صــون‪« :‬بنــا ًء عــى النتائــج‬ ‫التجريبيــة‪ ،‬يمكننــا تحقيــق قــدر‬ ‫بكثــر مــن ي ز‬ ‫تركــر حامــات‬ ‫أعــى‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫ت‬ ‫اللك�ونيــة‬ ‫الشــحنة ي� الصحيفــة إ‬ ‫الغازيــة ثنائيــة أ‬ ‫البعــاد ف ي� مثــل هــذا‬ ‫االرتبــاط»‪ .‬ويضيــف ً‬ ‫قائــا‪« :‬يوفــر‬ ‫تحديــد ترتيــب الفجــوات الرتبــاط‬ ‫‪B0.14Al0.86N/Al0.7Ga0.3N‬‬ ‫(ن�يــد أ‬ ‫اللومنيــوم بــورون ت‬ ‫ت‬ ‫ون�يــد‬ ‫أ‬ ‫اللومنيــوم جاليــوم) غـ يـر المتجانس‬ ‫دعمــا قيمــا ف� تصميــم أ‬ ‫الجهــزة‬ ‫ً‬ ‫ً ي‬ ‫وال ت‬ ‫لك�ونيــة القائمــة عــى‬ ‫البرصيــة إ‬ ‫مثــل هــذه االرتباطــات»‪.‬‬ ‫‪Sun, H., Park, Y. J., Li, K.-H.,‬‬ ‫‪Torres Castanedo, C. G.,‬‬ ‫‪Alowayed, A., Detchprohm,‬‬ ‫‪T., Dupuis, R. D. & Li, X. Band‬‬ ‫‪alignment of B0.14Al0.86N/‬‬ ‫‪Al0.7Ga0.3N heterojunction.‬‬ ‫‪Applied Physics Letters 111,‬‬ ‫‪122106 (2017).‬‬

‫‪ 52‬يناير ‪2018‬‬

‫يمكن استخدام‬ ‫أغشية الماكسين‬ ‫لتنقية المياه‪.‬‬

‫تحقيق أقصى استفادة من ضوء الشمس‬

‫غشاء عائم يستخدم ضوء الشمس لتبخير المياه ُيظهر قدرةً على تنقية المياه‪.‬‬

‫‪B E S E‬‬ ‫تتمتــع المــواد المســماة «كربيــدات المعــادن‬ ‫االنتقاليــة» بخصائــص ي ز‬ ‫ممــرة‪ ،‬تفتــح البــاب أمــام‬ ‫احتمــاالت جديــدة ف ي� مجــال تحليــة الميــاه ومعالجــة‬ ‫ميــاه الــرف‪ .‬اكتشــف فريــق مــن جامعــة الملــك‬ ‫عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة (كاوســت) مركبــات‬ ‫مــن المعــادن االنتقاليــة والكربــون ‪-‬تُعــرف باســم‬ ‫‪ MXenes‬ولكنهــا تُنطــق «ماكســينات» ‪-maxenes‬‬ ‫تبخــر الميــاه بكفــاءة باســتخدام الطاقــة‬ ‫يمكنهــا‬ ‫ي‬ ‫المســتمدة مــن الشــمس‪.‬‬ ‫قــام طالــب الدكتــوراة رينيــوان يل بفحــص‬ ‫ماكسـ ي ن‬ ‫ـ� يجتمــع فيــه التيتانيــوم والكربــون بصيغــة‬ ‫‪ .Ti3C2‬يقــول بنــج وانــج الــذي يُـ شـرف عــى رينيــوان‬ ‫ف‬ ‫مثــرة للغايــة»‪.‬‬ ‫يل ي� كاوســت‪« :‬إنهــا مــادة ي‬ ‫نابــع مــن‬ ‫ويوضــح وانــج أن شــعوره إ‬ ‫بالثــارة ٌ‬ ‫اكتشــافهم أن مركــب ‪ Ti3C2‬يمكنــه حبــس الطاقــة‬ ‫تبخ�هــا بكفــاءة‬ ‫الشمســية لتنقيــة الميــاه عــن طريــق ي‬ ‫ف ي� اســتخدام الطاقــة ليــس لهــا مثيــل‪ .‬ويقــول وانــج‬ ‫إن هــذا يســوغ بوضــوح إجـراء المزيــد مــن أ‬ ‫البحــاث‬ ‫ِّ‬ ‫مــن أجــل ابتــكار تطبيقــات عمليــة لهــذا االكتشــاف‪.‬‬ ‫وعمــل باحثــون آخــرون عــى استكشــاف‬ ‫قــدرة الماكســينات تلــك عــى العمــل كمــواد‬ ‫كهرومغناطيســية واقيــة بســبب قدرتهــا عــى‬ ‫امتصــاص أ‬ ‫ال طــوال الموجيــة للإ شــعاعات‬ ‫ئ‬ ‫ـر�‪ .‬وهكذا‬ ‫الكهرومغناطيســية فيمــا وراء النطــاق المـ ي‬ ‫فقــد بــدأ اكتشــاف كاوســت بتســاؤل بســيط‪« :‬لقــد‬ ‫قررنــا أن نبحــث الســؤال‪ :‬مــا هــو التفاعــل الــذي‬ ‫ـ� هــذا الماكسـ ي ن‬ ‫يحدث بـ ي ن‬ ‫ولما‬ ‫ـ� وضــوء الشــمس؟»‪َّ ،‬‬ ‫كانــت مجموعــة وانــج تركــز عــى تقنيــة تحليــة المياه‪،‬‬ ‫فقــد كان اســتخدام الطاقــة الشمســية لتحويــل‬ ‫بديهيــا‪.‬‬ ‫الميــاه إىل بخــار هدفًــا‬ ‫ً‬ ‫كانــت الملحوظــة أ‬ ‫الوىل للفريــق أن مركــب‬

‫‪ Ti3C2‬يقــوم بتحويــل الطاقــة الشمســية إىل حــرارة‬ ‫أيضــا أن‬ ‫بكفــاءة تبلــغ ‪ .%100‬لكــن كان مــن المهــم ً‬ ‫النظــام المعقــد الــذي جــرى تطويــره خــال هــذا‬ ‫البحــث لقيــاس تحــول الضــوء إىل حـرارة قــد بـ ي َّ ن‬ ‫ـ� أن‬ ‫مــواد متنوعــةً أخــرى ‪-‬مــن بينهــا أ‬ ‫النابيــب النانويــة‬ ‫َّ‬ ‫الكربونيــة والجرافـ ي ن‬ ‫أيضــا التحويــل بكفاءة‬ ‫ـ�‪ -‬حققــت ً‬ ‫ت‬ ‫تقــرب مــن المثاليــة‪.‬‬ ‫ت‬ ‫ن‬ ‫ز‬ ‫يقــول وانــج‪« :‬إن ـ ي أقــرح أن ينتقــل تركـ يـر هــذا‬ ‫المجــال آ‬ ‫الن مــن البحــث عــن مــواد ضوئيــة حراريــة‬ ‫جديــدة إىل البحــث عــن تطبيقــات للمــواد المثاليــة‬ ‫العديــدة الـ تـى رصنــا نمتلكهــا آ‬ ‫الن»‪.‬‬ ‫ي‬ ‫وبغرض دراســة قــدرات الماكسـ ي ن‬ ‫ـ� ف ي� مجــال تنقية‬ ‫الميــاه‪ ،‬قــام الباحثــون بعــد ذلــك بتصنيــع غشــاء‬ ‫حاجزا‬ ‫رقيــق ومــرن مــن مركــب ‪ ،Ti3C2‬وأضافــوا إليــه‬ ‫ً‬ ‫البوليســت�ين لمنــع الطاقــة الحراريــة‬ ‫للحــرارة مــن‬ ‫ي‬ ‫مــن التــرب‪ .‬وقــد أدى هــذا إىل صنــع نظــام‬ ‫يمكنــه أن يطفــو عــى ســطح المــاء ويقــوم بتبخـ يـر‬ ‫بعــض الميــاه بكفــاءة تبلــغ ‪ %84‬ف ي� مســتويات ضــوء‬ ‫الشــمس الطبيعيــة‪.‬‬ ‫التــال ف ي� كيفيــة‬ ‫بالنســبة لوانــج‪ ،‬يكمــن التحــدي‬ ‫ي‬ ‫االنتقــال مــن هــذه النتيجــة أ‬ ‫الساســية للبحــث إىل‬ ‫ف‬ ‫ـاوز ما‬ ‫إيجــاد تطبيقــات عمليــة‪ .‬كمــا يأمــل وانــج ي� تجـ ُ‬ ‫ـ� ينتقــل بتقنيات‬ ‫يســميه «حاجــز كفــاءة الـــ‪»%85‬؛ لـ ي‬ ‫التنقيــة الضوئيــة الحراريــة للميــاه إىل آفــاق جديــدة‪.‬‬ ‫وإضافــة إىل تعظيــم قــدرة النظــام عــى حبــس‬ ‫الضــوء‪ ،‬يرغــب الباحثــون ف ي� دراســة الطــرق الممكنــة‬ ‫لتجميــع بخــار المــاء مــن أجــل إنتــاج عمليــة متكاملــة‬ ‫لتنقيــة الميــاه‪ .‬ويُجــري وانــج بالفعــل بعــض‬ ‫حاليــا مــع ش�يــك محتمــل ف ي� المجــال‪.‬‬ ‫المحادثــات ًّ‬ ‫‪Li, R., Zhang, L, Shi, L. & Wang, P. MXene‬‬ ‫‪Ti3C2: An effective 2D light-to-heat conversion‬‬ ‫‪material. ACS Nano 11, 3752-3759 (2017).‬‬

‫التفاعل‬

‫ت ض‬ ‫ـال الدقــة‪،‬‬ ‫ا� عـ ي‬ ‫مــع ظهــور مفهــوم الواقــع االفــر ي‬ ‫حاليــا القــدرة عــى معرفــة‬ ‫أصبــح لــدى العلمــاء ًّ‬ ‫أبحاثهــم معرفــةً وثيقــة‪ .‬يقــول أســيفيدو‪-‬فيليس‬ ‫ين‬ ‫الباحثــ� مــن مرافــق‬ ‫واصفًــا كيفيــة اســتفادة‬ ‫ف‬ ‫ت ض‬ ‫ا� المتقدمــة ي� كاوســت‪“ :‬ليــس‬ ‫الواقــع االفــر ي‬ ‫أ‬ ‫ســاس الــذي‬ ‫التصويــر وحــده هــو العنــر ال‬ ‫ي‬ ‫أيضــا التفاعــل”‪.‬‬ ‫نســتخدمه‪ ،‬بــل هنــاك ً‬ ‫ً‬ ‫قائــا ‪“ :‬إن العلمــاء يســتخدمون‬ ‫ويضيــف‬ ‫التفاعــل بوصفــه أدا ًة أساســية الكتشــاف أشــياء مــن‬ ‫مثــرة‪ .‬فهــم يحصلــون عــى‬ ‫المحتمــل أن تكــون ي‬ ‫�حونهــا‪ ،‬ويعيــدون‬ ‫المجاهــر‪ ،‬ويُ ش َِّ‬ ‫البيانــات مــن َ‬ ‫مختــر التصويــر العلمــي‬ ‫إىل‬ ‫يأتــون‬ ‫بناءهــا ثــم‬ ‫ب‬ ‫أ‬ ‫ض‬ ‫ت‬ ‫ا� ‪ ،‬لن هــذا‬ ‫ليســتخدموا مرافــق الواقــع االفــر ي‬ ‫يمدهــم بالمزيــد مــن البصائــر حــول الظواهــر‬ ‫ِّ‬ ‫المعقــدة”‪.‬‬ ‫ُ‬ ‫ً‬ ‫تغيــر‬ ‫“إن‬ ‫‪:‬‬ ‫قائــا‬ ‫أســيفيدو‪-‬فيليس‬ ‫ويســتطرد‬ ‫ي‬ ‫ت‬ ‫الــى يتعامــل‬ ‫يغــر ً‬ ‫المنظــورات ي‬ ‫أيضــا الطريقــة ي‬ ‫بهــا العلمــاء مــع البيانــات”‪.‬‬ ‫وبهــذه الطريقــة‪ ،‬يتجــاوز التصويــر العلمــي‬ ‫مجــرد كونــه وســيلةً لعــرض أ‬ ‫البحــاث ليصبــح‬ ‫أدا ًة حقيقيــةً لالستكشــاف‪ .‬وباســتخدام الواقــع‬ ‫ت ض‬ ‫ا� ‪ ،‬يمكــن للتصويــر أن ينقــل البيانــات مــن‬ ‫االفــر ي‬ ‫عــى الجــدران أو الصفحــات إىل الواقــع عــى هيئــة‬ ‫ثالثيــة أ‬ ‫البعــاد‪.‬‬ ‫أ‬ ‫رغــم أن ت‬ ‫ال� ي ز‬ ‫لمختــر التصويــر‬ ‫ســاس‬ ‫كــر ال‬ ‫ب‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫ن‬ ‫كاديميــ� ‪ ،‬فــإن‬ ‫العلمــي هــو تســهيل عمــل ال‬ ‫ي‬ ‫زافيــر بيتــا يأخــذ هــذا العمــل بعــد ذلــك‬ ‫ي‬ ‫ويلخــص العنــارص أ‬ ‫الساســية ف ي� وسـ ٍـط يمكــن لغـ يـر‬ ‫ين‬ ‫المتخصصــ� فهمــه بســهولة‪ .‬يقــول بيتــا‪“ :‬إنهــا‬ ‫لخطــوة مهمــة أن ننقــل تلــك المعلومــات إىل‬ ‫الجمهــور”‪ .‬ويضيــف مســلطًا الضــوء عــى أهميــة أن‬

‫العلم والفن‬

‫وتعــرض لنــا تامــارا جونــز ‪-‬وهــي متخصصــة ف ي� مجال‬ ‫الفنــون تقيــم ف ي� كاوســت ‪ -‬وجهــة نظــر مختلفــة؛‬ ‫فعالَمهــا ‪-‬عــى حــد تعب�هــا‪ -‬هــو عالَــم أ‬ ‫الشــكال‬ ‫ي‬ ‫والهيئــات وال ِّن َســب‪.‬‬ ‫ورغــم أن فــن جونــز والتصويــر عــى طريقــة‬ ‫يْ ن‬ ‫مرتبطــ�‬ ‫بيتــا وأســيفيدو‪-‬فيليس قــد ال يكونــان‬ ‫ش‬ ‫جميعــا يتفقــون عــى‬ ‫مبــا�ا‪ ،‬فإنهــم‬ ‫ارتباطًــا‬ ‫ً‬ ‫ً‬ ‫أ‬ ‫أنهــم يســتخدمون لوحــة الرســم الساســية ذاتهــا‪.‬‬ ‫فهــم يعتمــدون عــى االســتخدام الرشــيد أ‬ ‫للشــكال‬ ‫أ‬ ‫أ‬ ‫معــا‬ ‫واللــوان‪ ،‬والهــم مــن ذلــك أنهــم يعملــون ً‬ ‫ـتهدف‪.‬‬ ‫المسـ َ‬ ‫عىل توصيــل رســالة ومغــزى للجمهــور ُ‬ ‫ويمثــل كل منظــور خطــو ًة مختلفــة‪ ،‬لكنهــا‬ ‫جــدا‪ ،‬ف ي� عمليــة االستكشــاف‪ ،‬وفــق مــا‬ ‫مهمــة ًّ‬ ‫يقــول جــون تانــاس ‪ ،‬مديــر عمليــات أ‬ ‫البحــاث ف ي�‬ ‫ي‬ ‫كاوســت‪ .‬فجونــز تستكشــف مــا ت‬ ‫يســرعي االنتبــاه‬ ‫مــن حولهــا‪ ،‬ف� ي ن‬ ‫حــ� يستكشــف أســيفيدو‪-‬فيليس‬ ‫ي‬ ‫تلــك أ‬ ‫الشــياء للعثــور عــى اتجاهــات بحثيــة‬ ‫ف‬ ‫جديــدة‪ ،‬ويســاعد بيتــا ي� توصيــل العلــم إىل‬ ‫الجماهــر بأيــر الطــرق الممكنــة‪.‬‬ ‫ي‬

‫‪#destinationKAUST‬‬

‫أيضــا‬ ‫يمكــن اســتخدام تصويــر البيانــات ً‬ ‫للتحقُّــق مــن دقــة أ‬ ‫البحــاث‪ ،‬كمــا حــدث مــع‬ ‫إبراهيــم حطيــط‪ ،‬الــذي جلــب زمــاؤه الباحثــون‬ ‫نموذجهــم للعواصــف إىل مختـ بـر التصويــر العلمي؛‬ ‫المختــر لمحــاكاة‬ ‫إذ اســتخدمه فريــق العمــل ف ي�‬ ‫ب‬ ‫عاصفــة حقيقيــة حدثــت عــام ‪ ،2015‬ومقارنتهــا‬ ‫فعليــا وفقًــا لصــور‬ ‫بكيفيــة حــدوث العاصفــة ًّ‬ ‫أ‬ ‫ال قمــار الصناعيــة‪ .‬يقــول أســيفيدو‪-‬فيليس‪:‬‬ ‫جنبــا إىل جنــب‪ ...‬واكتشــفنا أنهــا‬ ‫“وضعنــا الصــور ً‬ ‫متطابقــة فعـ ًـا‪ .‬كان الرســم التصـ ُّـوري ف ي� الموضــع‬ ‫الــذي حدثــت فيــه العاصفــة حقًّــا‪ .‬وكانــت تلــك‬ ‫نتيجــةً طيبــة”‪.‬‬

‫تكــون هنــاك رســالة واضحــة ومبـ ش‬ ‫ـا�ة‪“ :‬إننا لنشــعر‬ ‫ث‬ ‫أن التواصــل يكــون أكـ ثـر كفــاء ًة ‪-‬وأكــر فاعليــة‪ -‬إذا‬ ‫انجــذب النــاس إليــه‪ .‬هــل البيانــات مقــروءة؟‬ ‫ومفهومــة؟ وهــل يمكــن أن تكــون كافيــة بذاتهــا؟”‪.‬‬ ‫إن عمليــة بنــاء الرســم التوضيحــي العلمــي‬ ‫كبــر ‪.‬‬ ‫المثــال هــي عمليــة تعاونيــة إىل حــد ي‬ ‫ي‬ ‫طلعنــا بيتــا عــى رؤيــة للعمليــة مــن الداخــل‪،‬‬ ‫يُ ِ‬ ‫ين‬ ‫الباحثــ� مــن‬ ‫فيصــف التعــاون مــع زميــل مــن‬ ‫أجــل إنتــاج صــورة تُظهــر الفــارق ي ن‬ ‫بــ� نمــو‬ ‫ِ‬ ‫وتبخــر المــاء‪ ،‬مــر ًة باســتخدام الرمــال‬ ‫النباتــات ُّ‬ ‫الطــاردة للمــاء ومــر ًة أخــرى مــن دونهــا‪ .‬ففــي‬ ‫أثنــاء ش�ح العا ِلــم العمليــة‪ ،‬يقــوم بيتــا تب�جمــة‬ ‫الكلمــات إىل صــور عــى الــورق‪.‬‬ ‫ويتفــق أســيفيدو‪-‬فيليس عــى أهميــة التعــاون‬ ‫قائـ ًـا‪[ :‬العلمــاء] يعطون ـن ي ذاكــرة تخزيــن صغـ يـرة‬ ‫“حــول ذلــك إىل صــور”‪ ،‬وتكــون‬ ‫ويقولــون يل‬ ‫ِّ‬ ‫ت‬ ‫ـتجاب� شــي ًئا مــن قبيــل‪“ :‬كال‪ ،‬ال أســتطيع! لســت‬ ‫اسـ ي‬ ‫أدري مــا الــذي يعنيــه ذلــك”‪.‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪55 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫اإلبداع عن طريق التصوير المرئي‬

‫التصوير المرئي‬ ‫للبيانات يساعد‬ ‫العلم على رؤية ما‬ ‫هو غير متوقع‬ ‫التطورات التي تحدث في‬ ‫كيفية عرض البيانات العلمية‬ ‫تعني أن األدوات البصرية‬ ‫يمكن أن تُ لهم األبحاث وتجعل‬ ‫متاحة للعالم بأسره‪.‬‬ ‫ً‬ ‫نتائجها‬

‫ـال من نــوع خاص‪ .‬فســواء‬ ‫تنطــوي البيانــات عىل َجمـ ٍ‬ ‫ف‬ ‫ت‬ ‫ن‬ ‫ـا� حــول التعــاون‬ ‫ـا� معلومـ ي‬ ‫تمثلــت ي� صــورة رســم بيـ ي‬ ‫البحــث ي أو خريطــة معقــدة لبيانــات جينوميــة‪ ،‬فــإن‬ ‫التداخــل بـ ي ن‬ ‫غالبــا مــا يحظــى عنــد رؤيتــه‬ ‫ـ� المتغـ يـرات ً‬ ‫ف ي� صــورة عــرض بــري بتقديـ ٍـر أكـ بـر مما يحصــل عليه‬ ‫إذا كان ف� صــورة جــدول مــن أ‬ ‫الرقــام‪.‬‬ ‫غــري أن فائــدة هــذه أ‬ ‫الدوات تتجــاوز مســألة‬ ‫ي‬ ‫إنتــاج رســوم جذابــة مــن الناحيــة الجماليــة‪.‬‬ ‫ويبحــث علمــاء جامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم‬ ‫والتقنيــة (كاوســت) عــى نحــو ت ز‬ ‫م�ايــد ‪-‬مزوديــن‬ ‫ٍ‬

‫ت‬ ‫ث‬ ‫الــى يمكــن للتحليــل‬ ‫بتقنيــة أكــر قــوة‪ -‬الطريقــة ي‬ ‫الرســومي أن يفيــد بهــا دراســاتهم‪.‬‬ ‫“مختــر التصويــر العلمــي” التابــع‬ ‫و يُعــد‬ ‫ب‬ ‫لجامعــة كاوســت موط ًنــا ألحــدث أدوات التصويــر‬ ‫والتفا ُعــل والمــوارد الحوســبية ت‬ ‫الــى تســمح‬ ‫ي‬ ‫ين‬ ‫للباحثــ� بعــرض بياناتهــم العلميــة واستكشــافها‪.‬‬ ‫ف‬ ‫ين‬ ‫المختــر عــى تحليــل‬ ‫الباحثــ� ي�‬ ‫خــرة‬ ‫ب‬ ‫وترتكــز ب‬ ‫البيانــات والتصويــر‪ ،‬اللذَ يــن يُعــدان عنرص يْــن‬ ‫ـي� ف� العمليــة العلميــة؛ إذ يمكِّ نــان الباحثـ ي ن‬ ‫ن‬ ‫ـ�‬ ‫أساسـ ي ْ ي‬ ‫مــن تقييــم تجاربهــم وطــرح أســئلة جديــدة يمكــن‬ ‫أن تقودهــم إىل اكتشــافات جديــدة‪.‬‬ ‫يقــول دانيــال أســيفيدو‪-‬فيليس ‪-‬المديــر‬ ‫لمختــر التصويــر العلمــي‪ -‬إن عملهــم‬ ‫الســابق‬ ‫ب‬ ‫يســاعد العلمــاء عــى “رؤيــة مــا هــو غـ يـر متوقــع”‪،‬‬ ‫وذلــك مــن خــال تجــارب ســمعية برصيــة تغمــر‬ ‫ين‬ ‫حرفيــا ف ي� بياناتهــم‪ ،‬وتســاعدهم عــى‬ ‫الباحثــ� ًّ‬ ‫فهمهــا بطريقــة جديــدة‪ .‬فعــى ســبيل المثــال‪،‬‬ ‫ـ� للعاملـ ي ن‬ ‫قدمــت مجموعــة مــن الباحثـ ي ن‬ ‫ـ� بالمختـ بـر‬ ‫ف‬ ‫نموذجهــا الخــاص تب� ُّســب الملــح ي� الميــاه‬ ‫المختــر‬ ‫المضطربــة‪ .‬وعندمــا أعــاد العلمــاء ف ي�‬ ‫ب‬ ‫تمثيــل النمــوذج عــى الشاشــة‪ ،‬أدرك الباحثــون‬ ‫مهمــا‪ ،‬يتعلــق بكيفيــة‬ ‫جانبــا ربمــا كان ًّ‬ ‫أنهــم أغفلــوا ً‬ ‫ف‬ ‫حــدوث تلــك العمليــة ي� عالــم الواقــع‪.‬‬

‫فقدان‬ ‫الماء بالنتح‬ ‫فقدان‬ ‫الماء بالتبخر‬ ‫‪ 2‬مم‬ ‫‪ 2‬مم‬

‫‪ 54‬يناير ‪2018‬‬

‫‪KAUST / XAVIER PITA‬‬

‫فقدان الماء‬ ‫باالرتشاح‬

‫وتحســينه يدويــا‪ ،‬أ‬ ‫المــر الــذي يزيــد‬ ‫ًّ‬ ‫مــن زمــن التصميــم ومتطلبــات‬ ‫المــوارد‪.‬‬ ‫يجمــع البحــث الــذي أجــراه‬ ‫بــ� مجال ي ْ ن‬ ‫تســيان وتانــج ي ن‬ ‫َــ� يبــدوان‬ ‫مختلف ي ْ ن‬ ‫َــ�‪ ،‬همــا الرســوم الحاســوبية‬ ‫والهندســة المدنيــة‪ .‬ورغــم أن‬ ‫المجــال أ‬ ‫الول يعمــل ف ي� فضــاء ال‬ ‫كبــر بقــوى عالــم‬ ‫حــد ي‬ ‫يتأثــر إىل ٍّ‬ ‫الواقــع وقيــوده‪ ،‬فــإن الباحثـ ي ن‬ ‫ـ� فيــه‬

‫يعملــون بشــكل ت ز‬ ‫م�ايــد عــى ســد‬ ‫الفجــوة بينــه وبـ ي ن‬ ‫ـ� العالــم المــادي‪.‬‬ ‫العامل�ن‬ ‫يقــول تانــج‪« :‬بــدأ كثـ يـر مــن‬ ‫ي‬ ‫ف� مجــال الرســوم الحاســوبية �ف‬ ‫ي‬ ‫ي‬ ‫العمــل عــى حــل مشــكالت الهندســة‬ ‫ً‬ ‫قائــا ‪:‬‬ ‫البنيويــة»‪ .‬ويضيــف تانــج‬

‫باستخدام إطار حوسبي جديد‪،‬‬ ‫سيصبح تصميم وتشييد‬ ‫الهياكل الفراغية ‪-‬مثل نموذج‬ ‫مسألة أسرع‬ ‫ً‬ ‫محطة القطار هذا‪-‬‬ ‫وأقل تكلفة‪.‬‬

‫«إننا نريد أن تكون الهياكل‬

‫سليمة وثابتة‪ ،‬وبديعة من‬

‫الناحية الجمالية‪ ،‬وأن تعكس‬

‫التصميم المنشود للمصمم»‪.‬‬

‫«ومنــذ وقــت أقــرب‪ ،‬ش�ع هــذا‬ ‫أيضــا ف ي� تعزيــز التجســيد‬ ‫الوســط ً‬ ‫المــادي للتصميمــات الرقميــة‪،‬‬ ‫حالــى أ‬ ‫ت‬ ‫الثــاث التجريــدي‬ ‫كمــا ف ي�‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫والطباعــة ثالثيــة البعــاد»‪.‬‬ ‫ويقــول تســيان إنــه ف ي� المســتقبل‬ ‫ســيكون بوســعهم محاولــة دمــج‬ ‫اعتبــارات ث‬ ‫أكــر ماديــة ف ي� إطــار‬ ‫آ‬ ‫عملهــم‪ .‬ويعقــد تانــج ال مــال‬ ‫أيضــا عــى دراســة الهيــاكل الحاليــة‬ ‫ً‬ ‫مصــدرا للبيانــات الــىت‬ ‫بوصفهــا‬ ‫ً‬ ‫ي‬ ‫يمكــن ‪-‬إذا ُمزجــت بطــرق التصميــم‬ ‫الحاســو� ‪ -‬أن تُســتخدم لتوجيــه‬ ‫بي‬

‫ش‬ ‫الم�وعــات الهندســية‪.‬‬ ‫وقــد أوضــح قائــد البحــث‪ ،‬بيــرت‬ ‫وونــكا‪ ،‬أن تســيان وتانــج كانــا طالبـ ي ْ ن‬ ‫ـ�‬ ‫ف ي� «مركــز الحوســبة المرئيــة» ‪Visual‬‬ ‫‪ .Computing Center‬يقــول وونــكا‪:‬‬ ‫المثــر أن نراهمــا‬ ‫«لقــد كان مــن‬ ‫ي‬ ‫ت‬ ‫وهمــا يتطــوران عــى مــدار فــرة‬ ‫دراســتهما لنيــل درجــة الدكتــوراة‬ ‫ليصبحــا باح َث ي ْ ن‬ ‫متم�يْــن ف ي� مجــال‬ ‫ــ� ي ز َ‬ ‫الحوســبة البرصيــة»‪.‬‬ ‫‪Jiang, C., Tang, C., Seidel,‬‬ ‫‪H-P. & Wonka, P. Design‬‬ ‫‪and volume optimization‬‬ ‫‪of space structures. ACM‬‬ ‫‪Transactions on Graphics 36,‬‬ ‫‪159 (2017).‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪57 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫اإلبداع عن طريق التصوير المرئي‬

‫إطار عمل حسابي حديث لتقليل تكلفة‬ ‫الهياكل الفراغية ومدة بناءها‪.‬‬

‫تصميم الهياكل‬ ‫الفراغية بشكل‬ ‫انسيابي‬

‫يمكــن أن تتخــذ الهيــاكل الفراغيــة‬ ‫‪ space structures‬العديــد مــن‬ ‫أ‬ ‫الشــكال‪ ،‬بدايــةً مــن أب ـراج الكهربــاء‬ ‫ت‬ ‫وحــى البنايــات العامــة‪،‬‬ ‫والجســور‬ ‫مثــل محطــات القطــارات (انظــر‬ ‫الصــورة)‪ .‬وتتألــف تلــك الهيــاكل‬ ‫ق‬ ‫تتــا�‬ ‫مــن عارضــات معدنيــة‬ ‫َــد ل ُتشــكّل بنيــة مســتقلة‬ ‫عنــد ُعق ٍ‬ ‫هندســيا‪ .‬وقــد طــورت‬ ‫ومتكــررة‬ ‫ًّ‬ ‫مجموعــة بحثيــة بقيــادة جامعــة‬ ‫الملــك عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة‬ ‫ـار عمــل يمكنــه تقليــل‬ ‫(كاوســت) إطـ َ‬ ‫جمــال‬ ‫ال‬ ‫النشــاء والحجــم إ‬ ‫زمــن إ‬ ‫ي‬ ‫لمواد البناء‪.‬‬ ‫‪ 56‬يناير ‪2018‬‬

‫‪KAUST‬‬

‫‪C E M S E‬‬

‫يقــو ل تشينجشــينج تا نــج‬ ‫الطالــب الســابق بمرحلــة الدكتــوراة‬‫ف ي� كاوســت والباحــث ف ي� مرحلــة مــا‬ ‫حاليــا بجامعــة‬ ‫بعــد الدكتــوراة‬ ‫ًّ‬ ‫ســتانفورد‪« :-‬إننــا نريــد أن تكــون‬ ‫الهيــاكل الفراغيــة ســليمة وثابتــة‪،‬‬ ‫وبديعــةً مــن الناحيــة الجماليــة‪،‬‬ ‫وأن تعكــس التصميــم المنشــود‬ ‫للمصمــم‪ .‬أ‬ ‫والهــم مــن ذلــك كلــه‬ ‫النشــاء إىل‬ ‫أننــا نريــد خفــض تكلفــة إ‬ ‫أقــى حــد ممكــن‪ .‬ويمثــل حجــم‬ ‫ســتخد مة لصنا عــة‬ ‫ا لمــوا د ا ُلم‬ ‫َ‬ ‫أكــر‬ ‫أحــد‬ ‫المطلوبــة‬ ‫العارضــات‬ ‫ب‬ ‫مصــادر التكلفــة»‪.‬‬ ‫ويضيــف كايجــوي تســيان ‪-‬الباحث‬ ‫ف‬ ‫ت‬ ‫الــى أجرتهــا‬ ‫الرئيــ� ي� الدراســة ي‬ ‫ي‬

‫المجموعــة البحثيــة‪ ،‬والحاصــل‬ ‫عــى الدكتــوراة مــن كاوســت‪،‬‬ ‫حاليــا ف ي� مرحلــة مــا بعــد‬ ‫والباحــث ً‬ ‫الدكتــوراة ف ي� «معهــد ماكــس بالنــك‬ ‫للمعلوماتية» ‪Max Planck Institute‬‬ ‫ً‬ ‫قائــا ‪« :‬تشــكّل‬ ‫‪- for Informatics‬‬ ‫معــا معادلــة معقــدة‬ ‫هــذه العوامــل ً‬ ‫يصعــب حلهــا‪ ،‬لذلــك عملنــا عــى‬ ‫تقســيمها إىل مشــكالت فرعيــة أصغــر‬ ‫يســهل التعامــل معهــا»‪.‬‬ ‫ابتكــر تســيان وفريقــه إطــار‬ ‫عمــل يمكنــه إنتــاج هيــكل فراغــي‬ ‫ف‬ ‫� الوقــت‬‫ســليم بنيو يًّــا‪ ،‬ويمكنــه ي‬ ‫ذاتــه‪ -‬حســاب مجموعــة مثاليــة‬ ‫ين‬ ‫وتعيــ�‬ ‫مــن ُســمك العارضــات‬ ‫مواضعهــا وفــق الحاجــة إليهــا‪.‬‬

‫مفــرا‪« :‬يمكــن‬ ‫يقــول تســيان‬ ‫ً‬ ‫ن‬ ‫عــ� تلقا ًّئيــا‬ ‫لخوا رزميتنــا أ ن تُ ي‬ ‫ت‬ ‫الــى‬ ‫عارضــات ســميكة للقطاعــات ي‬ ‫لهــا قــوى توتــر أو ضغــط شــديدة»‪.‬‬ ‫ن‬ ‫وهــذا التقييــم الموضوعــي يعــ ي‬ ‫اســتبعاد العارضــات الزائــدة عــن‬ ‫الحاجــة‪ ،‬ممــا يقلّــص مــن هــدر‬ ‫المــواد‪.‬‬ ‫وإذ تعــد هــذه الخوارزميــة أ‬ ‫الوىل‬ ‫ُ‬ ‫مــن نوعهــا‪ ،‬فهــي تُنهــي حســاباتها‬ ‫نحــو أرسع مــن أي إطــار عمــل‬ ‫عــى ٍ‬ ‫حاليــا‪ .‬فالتقنيــات الحاليــة‬ ‫موجــود ًّ‬ ‫تقتــض ي تنفيــذ عمليــة متعــددة‬ ‫ا لخطــوا ت ‪ ،‬تنتــج بوا ســطتها‬ ‫غــر مكتمــل‬ ‫الخوارزميــات‬ ‫تصميمــا ي‬ ‫ً‬ ‫ين‬ ‫المهندســ� تعديلــه‬ ‫ينبغــي عــى‬

‫اإلبداع عن طريق التصوير المرئي‬

‫طـ َّـور فريــق العمــل خوارزميــةً مبتكــر ًة‬ ‫أ‬ ‫ت‬ ‫الــى تقــع ف ي� أثنــاء‬ ‫لقيــاس الخطــاء ي‬ ‫البــث تُعــرف باســم «معــدل خطــأ‬ ‫ِالبــت» ‪ .bit error rate‬وكذلك اســتطاع‬ ‫الفريــق اختبــار جــودة الفيديــو تحــت‬ ‫أنــواع مختلفــة مــن ميــاه المحيــط عــن‬ ‫طريــق تمريــر إالشــارة بع� حــوض عمقه‬ ‫خمســة أمتــار‪ ،‬يحتوي عــى ميــاه تتباين‬ ‫فيهــا درجــة العــكارة‪.‬‬

‫« أنتج نظامنا‬ ‫نظامنا بث فيديو‬ ‫بأفضل جودة‬ ‫أمكن تحقيقها‬ ‫حتى اآلن على‬ ‫اإلطالق في‬ ‫نُ ظم االتصاالت‬ ‫البصرية الالسلكية‬ ‫تحت الماء»‪.‬‬

‫‪REPRODUCED FROM REFERENCE - SCIENTIFIC REPORTS‬‬

‫ً‬ ‫قائــا‪:‬‬ ‫المــاء»‪ .‬ويضيــف الحلفــي‬ ‫«ورغــم أن تصميــم النظــام وتطويــره‬ ‫ـ� شــاق ي ْ ن‬ ‫كانــا عملـ ي ن‬ ‫َّ� للغاية‪ ،‬فإن ســهولة‬ ‫برمجته مكنتنــا من إعــادة تهيئــة النظام‬ ‫ليأخــذ عــدة أوضــاع مختلفــة»‪.‬‬ ‫ين‬ ‫تحســ� دقــة إالشــارة‬ ‫ومــن أجــل‬ ‫الملتقَطــة‪ ،‬اســتخدم الباحثــون‬ ‫ُ‬ ‫نهجــا يُعــرف باســم‬ ‫البدايــة‬ ‫ف ي�‬ ‫ً‬ ‫ين‬ ‫الســعوي الرباعــي»‬ ‫«التضمــ�‬ ‫ّ‬ ‫‪quadrature amplitude modulation‬‬ ‫(‪ )QAM‬لزيــادة تمثيــل المعلومــات‬ ‫الشــارة لعــرض‬ ‫المحمولــة بواســطة إ‬ ‫نطاق تــرددي بعينــه‪ .‬وبعد ذلــك‪ ،‬عملوا‬ ‫ين‬ ‫«تضم�‬ ‫عــى مقارنــة هــذا النهــج بنهــج‬ ‫إزاحــة الطــور» ‪phase-shift keying‬‬ ‫(‪ )PSK‬الذي يغـ يـر طور إالشــارة الحاملة‪،‬‬ ‫ف‬ ‫يحســن البــث لــكل‬ ‫و� الوقــت نفســه ِّ‬ ‫ي‬ ‫وضــع‪.‬‬ ‫وللتحقــق مــن جــودة أداء النظــام‪،‬‬

‫يقــول الحلفــي‪« :‬أنتــج نظامنــا بــث‬ ‫ـودة أمكــن تحقيقهــا‬ ‫فيديــو بأفضــل جـ ٍ‬ ‫ت آ‬ ‫ف‬ ‫الطــاق ي� نُظــم‬ ‫حــى الن عــى إ‬ ‫االتصــاالت البرصيــة الالســلكية تحــت‬ ‫نظــام اتصــاالت‬ ‫المــاء‪ ،‬وهــو يوفــر‬ ‫َ‬ ‫ً‬ ‫ـض التكلفة‬ ‫قابل إلعــادة التهيئــة ومنخفـ َ‬ ‫لبــث مقاطــع الفيديــو الحــي تحــت‬ ‫المــاء»‪ .‬ويــردف قائـ ًـا‪« :‬ومــن الممكــن‬ ‫أن يف ـض ي هــذا النظــام إىل طفــرات ف ي�‬ ‫أ‬ ‫ت‬ ‫ـى تجرى تحــت الماء‬ ‫مجــال البحــاث الـ ي‬ ‫واستكشــاف مــوارد جديــدة»‪.‬‬

‫تتبع ثالثي‬ ‫ُّ‬ ‫األبعاد‬ ‫للجسيمات؟‬ ‫ثمة تطبيق‬ ‫لتحقيق ذلك‬ ‫ا لهو ا تــف ا لذ كيــة‬ ‫تضــع أحــدث أســاليب‬ ‫التتبــع ثالثــي األبعــاد‬ ‫للجســيمات بيــن أيــدي‬ ‫جمهــور أكبــر‪.‬‬

‫‪P S E‬‬ ‫كامــرات‬ ‫باســتخدام أربــع ي‬ ‫منخفضــة التكلفــة مــن‬ ‫كامــرات الهواتــف الذكيــة‪،‬‬ ‫ي‬ ‫إضافــةً إىل إضــاءة خلفية ملونة‬ ‫بســيطة‪ ،‬اســتغ�ن الباحثــون‬ ‫ف ي� «جامعــة الملــك عبــد هللا‬ ‫للعلــوم والتقنيــة» (كاوســت)‬ ‫عــن معــدات التصويــر باهظة‬ ‫الثمــن المخصصــة أ‬ ‫للبحــاث‪،‬‬ ‫ُ َّ‬ ‫واســتغنوا كذلــك عــن أشــعة‬ ‫يز‬ ‫الخطــرة‪ ،‬بهــدف‬ ‫اللــرر‬ ‫ي‬ ‫صنــع نظــام تصويــر مقطعي‬ ‫لقيــاس رسعــة الجســيمات‬ ‫‪particle image velocimetry‬‬ ‫(‪ )PIV‬قــادر عــى تصويــر‬ ‫التدفق الكمي لها للجسيمات‪.‬‬ ‫وتُدلــل دراســة إثبــات المفهوم‬ ‫عــى القــوة البحثيــة أ‬ ‫للجهــزة‬ ‫اليوميــة التقليدية‪ ،‬وتضــع أداة‬ ‫حديثــة متطــورة ف ي� متنــاول‬ ‫ين‬ ‫الباحثــ�‬ ‫أكــر مــن‬ ‫مجموعــة ب‬

‫ين‬ ‫المعلمــ�‪.‬‬ ‫و‬ ‫عــد جهــاز التصويــر‬ ‫ي‬ ‫و‬ ‫ُ ُّ‬ ‫المقطعــي ‪ PIV‬هــو أ‬ ‫الداة‬ ‫أ‬ ‫الــى ال ن‬ ‫ت‬ ‫غــى عنهــا‬ ‫فالساســية ي‬ ‫ي� مجــال ميكانيــكا الموائــع‬ ‫التجريبيــة؛ فهــو يتيــح مراقبــة‬ ‫حقــول التدفــق بصــورة ثالثيــة‬ ‫أ‬ ‫البعــاد وبدقــة مكانيــة عاليــة عن‬ ‫طريــق تع ُّقــب حركة الجســيمات‬ ‫الكشــافة باســتخدام مجموعــة‬ ‫من الكامـ يـرات الرقميــة‪ .‬وتتضمن‬ ‫هذه التقنية تســليط الضــوء عىل‬ ‫المائــع بواســطة أشــعة ي ز‬ ‫ل�ريــة‬ ‫عاليــة تال�كـ ي ز‬ ‫ـر‪ ،‬ومــن ثَم تســجيل‬ ‫الضوء المتشــتت عن الجسيمات‬ ‫كامــرات‬ ‫االستكشــافية بواســطة ي‬ ‫فائقة الرسعــة وعالية الحساســية‬ ‫وباهظــة الثمــن‪ .‬وبعــد ذلــك‪،‬‬ ‫تُعالَــج هــذه الصــور بواســطة‬ ‫خوارزميــات إعــادة تشــكيل‬ ‫مقطعي بســيطة؛ إلعــادة تحديد‬ ‫وتتبع حركتها‬ ‫مواقــع الجســيمات ُّ‬ ‫مــع مــرور الوقــت‪ ،‬إلنتــاج حقــل‬ ‫ثــا� أ‬ ‫ث‬ ‫البعــاد‪.‬‬ ‫الرسعــة ي‬ ‫يقــول ســيجوردور ثورودســن‬ ‫الــذي قــاد الفريــق البحــث ي ‪:-‬‬‫«أتــاح لنــا جهــاز التصويــر‬ ‫المقطعــي ‪ PIV‬للمــرة أ‬ ‫الوىل‬ ‫حســاب تركيب الدوامات بالكامل‬ ‫ف ي� ّتيــارات مضطربــة»‪ .‬ويضيــف‬ ‫ثورودســن ً‬ ‫قائل‪« :‬ويمكن أن يفيد‬ ‫هــذا ف ي� العديــد مــن تطبيقــات‬ ‫التدفــق المضطــرب‪ ،‬مثــل مــزج‬ ‫أو تقليــل المقاومــة واالحتــكاك‬ ‫فوق أجنحة الطائرات أو ســيارات‬ ‫فورميــوال ‪ ،1‬أو ت‬ ‫حــى ف ي� دراســة‬ ‫ين‬ ‫الســباح� والطيــور»‪.‬‬ ‫حركــة‬ ‫ويردف ثورودســن قائـ ًـا‪« :‬لكن‬ ‫هــذه التقنيــة باهظــة التكلفــة إىل‬

‫‪Al-Halafi, A., Oubei, H. M., Ooi,‬‬ ‫‪B. S. & Shihada, B. Real-time‬‬ ‫‪video transmission over‬‬ ‫‪different underwater wireless‬‬ ‫‪optical channels using‬‬ ‫‪directly modulated 520 nm‬‬ ‫‪laser diode. Journal of Optical‬‬ ‫‪Communications and Networking.‬‬ ‫‪9 (10) 826-832 (2017).‬‬

‫مثال على‬ ‫صورة ثالثية‬ ‫األلوان لجسيم‬ ‫استكشافي‬ ‫التُ قطت باستخدام‬ ‫هاتف ذكي إلجراء‬ ‫تصوير مقطعي‬ ‫لقياس سرعة‬ ‫الجسيمات‪.‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪59 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫عبد الله الحلفي والبروفيسور باسم‬ ‫شهادة يتحققان من قوة اإلشارة البصرية‬ ‫ستقبلة عبر القنوات تحت المائية‪.‬‬ ‫الم‬ ‫َ‬ ‫ُ‬

‫نظام اتصاالت بصرية السلكي تحت الماء لبث مقاطع‬ ‫فيديو مباشرة عالية الجودة‬

‫‪C E M S E‬‬ ‫ـور الباحثــون ف ي� جامعــة الملــك عبــد‬ ‫طـ َّ‬ ‫هللا للعلــوم والتقنيــة (كاوســت) تقنيــةً‬ ‫‪ 58‬يناير ‪2018‬‬

‫مرنــةً ومنخفضــة التكلفــة لبــث مقاطــع‬ ‫فيديــو عاليــة الجــودة مــن تحــت المــاء‪،‬‬ ‫وذلك عــن طريق تحسـ ي ن‬ ‫ـ� عــرض النطاق‬ ‫الـ تـرددي لتحقيــق جــودة فيديــو أفضــل‪.‬‬ ‫ث‬ ‫تغطــي المحيطات مــا يربــو عىل ثلـ ي ْ‬ ‫ـاس‬ ‫مســاحة كوكبنا‪ ،‬وهي تعد مصدر أسـ ي‬

‫‪KAUST‬‬

‫نظام السلكي‬ ‫لتصوير ولبث مقاطع‬ ‫الفيديو تحت الماء‬

‫الغذيــة و أ‬ ‫للتنــوع البيولوجــي و أ‬ ‫الدويــة‪،‬‬ ‫كمــا تحتــوي إضافــة إىل احتوائهــا عــى‬ ‫احتياطيــات ضخمــة مــن النفــط والغــاز‬ ‫ت‬ ‫ـى تُســتخدم ف ي�‬ ‫والتجمعــات البحريــة الـ ي‬ ‫العديــد مــن العمليــات الصناعيــة‪ ،‬ومــن‬ ‫هنــا نــدرك أهميــة تقنيــات التصويــر ف ي�‬ ‫استكشــاف ذلــك العالــم‪.‬‬ ‫ويمكــن للتقنيــات الالســلكية القــادرة‬ ‫آنيــة أن‬ ‫عــى إنتــاج مقاطــع فيديــو َّ‬ ‫تفتــح المجــال واسـ ًـعا أمــام مزيــد مــن‬ ‫االستكشــاف والرصد للمحيطات‪ .‬كذلك‬ ‫ســتكون هــذه التقنيــات مفيــد ًة للغايــة‬ ‫ف� فحــص وصيانــة خطــوط أ‬ ‫النابيــب‬ ‫ي‬ ‫والكابــات تحــت المــاء‪ ،‬وحقــول النفــط‬ ‫والغــاز البحريــة‪ ،‬حيــث تكــون الميــاه‬ ‫ت‬ ‫الــى‬ ‫ضحلــة ًّ‬ ‫جــدا بالنســبة للمركبــات ي‬ ‫تعمــل عــن بُعــد‪ ،‬وتكــون االســتعانة‬ ‫بالغواصـ ي ن‬ ‫ـ� غـ يـر ذات جــدوى وباهظــة‬ ‫أ‬ ‫التكلفــة ف ي� أغلــب الحيــان‪.‬‬

‫وتُعــد التقنيــات الحاليــة ‪-‬مثــل‬ ‫االتصــاالت الصوتيــة وموجــات الراديــو‬ ‫منخفضــة الـ تـردد‪ُ -‬مقيدة؛ بســبب ضيق‬ ‫عــرض النطاقــات ت‬ ‫ال�دديــة والحاجــة إىل‬ ‫هوائيــات اســتقبال كبـ يـرة وقــدرات نقــل‬ ‫عاليــة‪ ،‬ممــا يجعلهــا غـ يـر مناســبة لبــث‬ ‫آنيــة عاليــة الجــودة‪.‬‬ ‫مقاطــع فيديــو َّ‬ ‫ف‬ ‫و� هــذا الصــدد استكشــف طالــب‬ ‫ي‬ ‫الدكتــوراة‪ ،‬عبــد هللا الحلفي‪ ،‬باالشـ تـراك‬ ‫م�فــه‪ ،‬أ‬ ‫مــع ش‬ ‫الســتاذ الدكتــور باســم‬ ‫شــهادة‪ ،‬وبعض زمالئــه‪ ،‬نُظــم اتصاالت‬ ‫برصيــة الســلكية تحــت المــاء تســتهلك‬ ‫بكثــر‪ ،‬وتقــدم ف ي� الوقــت‬ ‫طاقــةً أقــل ي‬ ‫أ‬ ‫ت‬ ‫نفســه النطاقــات ال�ددية العــى الالزمة‬ ‫لبــث مقاطــع فيديــو حيــة‪.‬‬ ‫يقول الحلفــي موضحــا‪ :‬ف‬ ‫«� البداية‪،‬‬ ‫ً‬ ‫ي‬ ‫أنشــأنا نظــام بــث ن يآ� لمقاطــع الفيديو‪،‬‬ ‫ثــم قمنــا بدمجــه ف ي� إعــدادات نُظــم‬ ‫االتصــاالت البرصيــة الالســلكية تحــت‬

‫حل شمسي للقضاء‬ ‫على بكتيريا إي‪ .‬كوالي‬ ‫معالجة مياه الصرف الصحي باإلشــعاع الشمســي تحقق نتائج واعدة في‬ ‫مكافحة ســالتين من بكتيريا إي‪ .‬كوالي‪ ،‬غير أن ثمة ســالة ثالثة ال تزال‬ ‫عصية على المكافحة‪.‬‬

‫‪B E S E‬‬ ‫تجوب ســاالت ت ز‬ ‫إيش�شــيا‬ ‫م�ايدة الـرض اوة من ي‬ ‫بكت�يا ي‬ ‫ف‬ ‫كــوالي ‪ Escherichia coli‬ميــا َه الــرف الصحــي ي� جميــع‬ ‫أنحــاء العالــم‪ ،‬ف ي� الوقــت الــذي يحتــدم فيــه الســباق‬ ‫للعثــور عــى طــرق معالجــة مبتكــرة يمكــن أن تســاعد ف ي�‬ ‫الحد مــن انتشــار هــذه العوامــل الممرضــة‪ .‬عمــل باحثون‬ ‫ف ي� «جامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة» (كاوســت)‬ ‫بكت�يــا إي‪.‬‬ ‫ـرف ثالث ســاالت مــن ي‬ ‫عــى دراســة طريقة تـ ُّ‬ ‫كــوالي ‪ُ E. coli‬و ِجـ َـدت ف ي� ميــاه الــرف الصحــي ف ي� مدينــة‬ ‫جــدة عنــد تعريضهــا لضــوء الشــمس الســاطع‪ ،‬ووجــد‬ ‫الباحثــون أن هــذه المعالجــة أنقصــت أعــداد سـ ي ن‬ ‫ـالت�‪ ،‬ف ي�‬ ‫حـ ي ن‬ ‫ـ� صمــدت الثالثــة ف ي� وجههــا‪.‬‬

‫ت‬ ‫ـى قــادت المـ شـروع مــع طالبــة‬ ‫تقــول بيينــج هونــج ‪-‬الـ ي‬ ‫ف‬ ‫الدكتــوراة نــدى الجاســم وزمالئهمــا ي� «مركــز تحليــة‬ ‫ـمس يُستخدم‬ ‫وإعادة اســتخدام المياه»‪ :-‬إ‬ ‫«الشــعاع الشـ ي‬ ‫عــن غـ يـر قصــد ف ي� كثـ يـر مــن المواضــع عنــد تخزيــن ميــاه‬ ‫الــرف الصحــي المعالجــة ف ي� بــرك التبخـ يـر قبــل إعــادة‬ ‫اســتخدامها‪ ،‬أو عند اســتخدامها ف ي� ري المحاصيل ف ي� ضوء‬ ‫النهــار»‪ .‬وتضيف هونــج قائلــةً ‪« :‬إال أنه لما كان هــذا النهج‬ ‫غـ يـر مقصــود‪ ،‬فمــن الصعــب معرفــة مــدى نجاحــه‪ .‬لــذا‬ ‫لبكت�يــا إي‪ .‬كوالي ف ي� ميــاه الرصف‬ ‫قررنا تحليل ما يحــدث ي‬ ‫ف‬ ‫ـمس»‪.‬‬ ‫ـ‬ ‫الش‬ ‫ـعاع‬ ‫ـ‬ ‫للإش‬ ‫تعرضهــا‬ ‫الصحــي ي� ظــل ُّ‬ ‫ي‬ ‫مــن المعــروف أن أشــعة الشــمس تقتــل العوامــل‬ ‫ف‬ ‫ف‬ ‫و� الواقــع‪ ،‬كما تذكــر هونج‪،‬‬ ‫ُ‬ ‫الم ْم ِرضــة ي� الميــاه العذبــة‪ .‬ي‬ ‫توص المجتمعــات الريفية‬ ‫الحكومية‬ ‫ـر‬ ‫ـ‬ ‫غ‬ ‫المنظمات‬ ‫ـإن‬ ‫فـ‬ ‫ي‬ ‫ي‬

‫‪Al-Jassim, N., Mantilla-Calderon, D.,‬‬ ‫‪Wang, T. & Hong, P-Y. Inactivation and‬‬ ‫‪gene expression of a virulent wastewater‬‬ ‫‪Escherichia coli strain and the‬‬ ‫‪nonvirulent commensal Escherichia coli‬‬ ‫‪DSM1103 strain upon solar irradiation.‬‬ ‫‪Environmental Science and Technology‬‬ ‫‪51, 3649–3659 (2017).‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪61 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫‪KAUST / ANASTASIA KHRENOVA‬‬

‫اختبارا للتأكد من إمكانية استخدام اإلشعاع الشمسي في القضاء على‬ ‫تُ جري طالبة الدكتوراة ندى الجاسم‬ ‫ً‬ ‫سالالت بكتيريا إي‪ .‬كوالي في مياه الصرف الصحي‪.‬‬

‫الـ تـى ال تحظــى بــأي معالجــة لميــاه الـ شـرب أ‬ ‫الساســية فيها‬ ‫ي‬ ‫بتخزيــن الميــاه ف ي� زجاجات بالســتيكية شــفافة‪ ،‬ووضع تلك‬ ‫الزجاجــات ف ي� ضــوء الشــمس المبـ ش‬ ‫ـا� عــدة ســاعات قبــل‬ ‫ش�ب الميــاه‪.‬‬ ‫اســتخدم فريق هونــج فكــرة مشــابهة لذلــك؛ إذ جهزوا‬ ‫مفاعلـ ي ن‬ ‫ـ� يحمــل كل واحــد منهمــا ســالة مــن ســاالت إي‪.‬‬ ‫كــوالي‪ ،‬وهــي ســالة مكتشــفة حدي ًثــا وشــديدة المقاومــة‬ ‫للمضادات الحيويــة تُعــرف باســم ب ي� آي‪ ،)PI-7( -7‬وســالة‬ ‫وغ� شــديدة ض‬ ‫ال�ر تســمى دي إس إم ‪1103‬‬ ‫أخرى شــائعة ي‬ ‫أ‬ ‫ين‬ ‫المفاعل� لشــعة الشــمس‬ ‫(‪ .)DSM 1103‬وجــرى تعريض‬ ‫ين‬ ‫وع�يــن ســاعة‪ ،‬ف� ي ن‬ ‫مــد َة أربــع ش‬ ‫مفاعل�‬ ‫ح� جــرى تخزيــن‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫مطابقـ ي ن‬ ‫ـ� لهمــا ي� الظــام بغــرض المقارنــة‪ .‬أخــذ الفريــق‬ ‫أ‬ ‫ت‬ ‫عينات عىل فــرات منتظمة مــن المفاعــات الربعة‪ ،‬وحلل‬ ‫ت‬ ‫ـى ط ـرأت عــى التكويــن الجي ـن ي ومعــدالت‬ ‫التغـ ي ُّـرات الـ ي‬ ‫ت‬ ‫ـال� إي‪ .‬كــوالي‪.‬‬ ‫البقــاء لــكل ســالة مــن سـ ي‬ ‫تقــول هونــج‪« :‬انخفــض عــدد الخاليــا الحيــة لكلتــا‬ ‫السـ ي ن‬ ‫ـالت� عــى نحـ ٍـو ملحــوظ‪ ،‬لكــن إي كــوالي ب ي� آي‪7-‬‬ ‫تراجعــت أعدادهــا بوتـ يـرة أبطــأ مقارنــة بســالة دي إس‬ ‫إم ‪ .1103‬بيــد أن أ‬ ‫المثــر للقلــق ف ي� الواقــع هــو‬ ‫المــر‬ ‫ي‬ ‫كونــت‬ ‫أنــه عــى خــاف الســالة دي إس إم ‪َّ ،1103‬‬ ‫ســالة ب ي� آي‪ 7-‬خاليــا «مقاومــة» ف ي� المراحــل المتأخــرة‬ ‫ت‬ ‫ـمس‪ .‬ويعـن ي هــذا أنــه‬ ‫مــن فــرة تعرضهــا للإشــعاع الشـ ي‬ ‫يمكــن لعــدد ضئيــل مــن خاليــا هــذه الســالة أن يتحمل‬ ‫المعالجــة الشمســية وينمــو مــن جديــد حينمــا تصبــح‬ ‫الظــروف البيئيــة مواتيــة»‪.‬‬ ‫وهكــذا دافعــت ســالة ب ي� آي‪ 7-‬عــن نفســها ضــد‬ ‫ـمس بزيــادة تنظيــم الجينــات ذات الصلة‬ ‫إ‬ ‫الشــعاع الشـ ي‬ ‫والجهــاد التأكســدي‪ ،‬إضافــةً اىل عوامل‬ ‫تب�ميــم الخاليــا إ‬ ‫غــر أنــه ف ي� أثنــاء التحليــل الجيــن ي ‪،‬‬ ‫�ض اوة متنوعــة‪ .‬ي‬ ‫الحظــت نــدى الجاســم باهتمــام أن الجينــات الــىت‬ ‫ي‬ ‫الف�وســات قــد‬ ‫تحملهــا ســالة ب ي� آي‪ 7-‬لحمايتهــا مــن ي‬ ‫ف‬ ‫ـمس‪.‬‬ ‫انخفــض تنظيمهــا ي� أثنــاء التعــرض للإشــعاع الشـ ي‬ ‫ن‬ ‫حاليــا عــى عــزل‬ ‫وتقــول الجاســم‪« :‬إنــ ي أعمــل ًّ‬ ‫«الف�وســات ملتهمــة‬ ‫الف�وســات المعروفــة باســم ي‬ ‫ي‬ ‫الجراثيــم» ‪ ،bacteriophages‬عــى أمــل اســتخدامها‬ ‫الشــعاع‬ ‫إلضعــاف قــدرة الســالة ب ي� آي‪ 7-‬عــى تحمــل إ‬ ‫ـمس»‪ .‬وتضيــف قائلــة‪« :‬وعــن طريق اســتخدام ٍّكل‬ ‫الشـ ي‬ ‫والف�وســات ملتهمــة الجراثيــم‬ ‫ـ‬ ‫الش‬ ‫ـعاع‬ ‫ـ‬ ‫ش‬ ‫ال‬ ‫مــن إ‬ ‫ـمس ي‬ ‫ي‬ ‫معــا ف ي� آن واحــد‪ ،‬ربمــا يصبــح مــن الســهل القضــاء عىل‬ ‫ً‬ ‫المقاومــة للمضــادات الحيويــة»‪.‬‬ ‫البكت�يــا‬ ‫تلــك ي‬ ‫ِ‬

‫قوة الماء‬

‫‪MINSUK CHA‬‬

‫حـ ٍّـد مذهــل بالنســبة لكثـ يـر مــن‬ ‫الباحثـ ي ن‬ ‫ـ�‪ .‬وإننا نؤمــن بأنه ينبغي‬ ‫ف‬ ‫أن يكون ي� المســتطاع استخدام‬ ‫أ‬ ‫الجهــزة االســتهالكية التقليديــة‬ ‫إلجــراء أبحــاث عاليــة الجــودة‬ ‫حــول العديــد مــن مشــكالت‬ ‫تد ُّفــق الموائــع»‪.‬‬ ‫يتكــون نظــام التصويــر‬ ‫المقطعــي ‪ ،PIV‬المعتمــد‬ ‫ـذك‪ ،‬مــن أربــع‬ ‫عــى الهاتــف الـ ي‬ ‫كامــرات هواتــف ذكيــة بدقــة‬ ‫ي‬ ‫‪ 41‬ميجابكســل ُمثبتــة ف ي� زوايــا‬ ‫مختلفــة حــول وعــاء المائــع‬ ‫المتدفــق‪ ،‬وهــو ف ي� هــذه الحالــة‬ ‫عبــارة عــن خـزان زجاجــي مملــوء‬ ‫بمــاء متحــرك وجســيمات‬ ‫ـت�ين استكشــافية تش ـكِّل‬ ‫بوليسـ ي‬ ‫دوامــات تدفُّــق حلقــي‪ .‬ومــن‬ ‫أجــل التغ ُّلــب عــى الحساســية‬ ‫لكامــرات الهواتــف‪،‬‬ ‫المتدنيــة‬ ‫ي‬ ‫الكامــرات‬ ‫ُضبطــت إعــدادات‬ ‫ي‬ ‫صــورا لظــال‬ ‫بحيــث تلتقــط‬ ‫ً‬ ‫الجســيمات االستكشــافية‬ ‫بواســطة أضــواء مصابيــح‬ ‫دايــود زرقــاء وخ ـرض اء وحم ـراء‪،‬‬ ‫وتعكــس ف ي� الصــورة ذاتهــا‬ ‫أ‬ ‫اللــوان الثالثــة كلهــا‪.‬‬ ‫يقــول ثورودســن‪« :‬ومــع‬ ‫إضافــة ي ز‬ ‫التكبــر البــري‬ ‫مــرة‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫الموجــودة ي� بعــض أحــدث‬ ‫الهواتــف الذكيــة‪ ،‬والقــدرة عــى‬ ‫التقــاط مقاطــع فيديو بدقــة ‪4k‬‬ ‫أو حـ تـى بالتصوير البطــيء‪ ،‬فإننا‬ ‫كــرى ف ي�‬ ‫نتوقــع أن نــرى طفــر ًة ب‬ ‫إمكانيــات هــذه الطريقــة‪ .‬ولقــد‬ ‫قدمنــا بالفعــل طلبــات ش�اء‬ ‫مســبق ألحــدث الهواتــف الذكية‬ ‫لتوســيع نطــاق عملنــا»‪.‬‬ ‫‪Aguirre-Pablo, A.,‬‬ ‫‪Alarfaj, M. K., Li, E. Q.,‬‬ ‫‪Hernández-Sánchez, J.‬‬ ‫‪F. & Thoroddsen, S. T.‬‬ ‫‪Tomographic particle‬‬ ‫‪image velocimetry‬‬ ‫‪using smartphones‬‬ ‫‪and colored shadows.‬‬ ‫‪Scientific Reports 7, 3714‬‬ ‫‪(2017).‬‬

‫‪ 60‬يناير ‪2018‬‬

‫ً‬ ‫متأثرا بمجال كهربائي‬ ‫نفاثا‬ ‫لهبا‬ ‫ً‬ ‫حصل الباحثون على صو ٍر مذهلة‪ ،‬كتلك المبينة أعاله‪ ،‬تبين ً‬ ‫كهربائي ْين‪.‬‬ ‫قطب ْين‬ ‫بقدرة ‪ 16‬كيلوفولت بين‬ ‫َ‬ ‫َ‬

‫التحديق في لهب الرياح األيونية‬ ‫بوســع مجموعــة جديــدة مــن الصــور ثالثيــة األبعــاد التــي تكشــف كيفيــة اســتجابة اللهــب‬ ‫للمجــاالت الكهربائيــة أن تســاعد علــى تحســين كفــاءة االشــتعال والحــد مــن التلــوث‪.‬‬

‫‪P S E‬‬ ‫يمكــن للقــدرة عــى التحكــم الدقيــق ف ي� اللهــب أن‬ ‫أكــر وانبعاثــات ضــارة أقــل‬ ‫تُفــض ي إىل كفــاءة طاقــة ب‬ ‫مــن وســائل النقــل والمواصــات والعمليــات الصناعية‪.‬‬ ‫يحتــوي اللهــب عــى أيونــات ت‬ ‫وإلك�ونــات مشــحونة‬ ‫يمكــن معالجتهــا باســتخدام الكهربــاء‪ .‬ولقــد أنتــج‬ ‫باحثــو «جامعــة الملــك عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة»‬ ‫(كاوســت) أخــرا أول صــور تفصيليــة ثالثيــة أ‬ ‫البعــاد‬ ‫أ يً‬ ‫اليونيــة الـ ت‬ ‫ـب اســتجابةً‬ ‫ـ‬ ‫له‬ ‫ـعلة‬ ‫ـ‬ ‫ش‬ ‫من‬ ‫ـق‬ ‫ـ‬ ‫تتدف‬ ‫ـى‬ ‫للريــاح‬ ‫ٍ‬ ‫ي‬ ‫(‪ )DC‬آ‬ ‫يْ ن‬ ‫يْ ن‬ ‫لمجالــ�‬ ‫والخــر‬ ‫كهربائيــ�‪ ،‬أحدهمــا مســتمر‬ ‫ت‬ ‫مــردد (‪.)AC‬‬ ‫الميكانيــ� مينســوك تشــا‬ ‫لقــد طــور المهنــدس‬ ‫ي‬ ‫نموذجــا نظر يًّــا يـ شـرح الطريقــة الـ ت‬ ‫ـى‬ ‫وزمــاؤه ســابقًا‬ ‫ً‬ ‫ي‬ ‫تســتجيب بهــا أيونــات اللهــب للمجــاالت الكهربائيــة‪.‬‬ ‫أ‬ ‫ف‬ ‫مزيجــا مــن غــاز‬ ‫و� بحثهــم الخـ يـر‪ ،‬نفــث الباحثــون ً‬ ‫ي‬ ‫الميثــان والهــواء عـ بـر فوهــة لهــب نفــاث ُمثبتــة بـ ي ن‬ ‫ـ�‬ ‫ٍ‬ ‫كهربائيــ� ‪ .‬وأضــاءوا اللهــب بواســطة ي ز‬ ‫يْ ن‬ ‫يْ ن‬ ‫لــرر‬ ‫قطبــ�‬ ‫أ‬ ‫ـ� يتتبعــوا‬ ‫أيــون الرجــون‪ ،‬وراقبــوا الضــوء المتناثــر لـ ي‬ ‫حركــة الجســيمات الفرديــة عـ بـر اللهــب‪ ،‬وهــي تقنيــة‬ ‫تُعــرف باســم «قيــاس رسعــة الجســيمات» ‪.PIV‬‬ ‫ين‬ ‫ولتحســ� الصــور الناتجــة‪ ،‬كان عليهــم أن يضيفــوا‬ ‫إىل اللهــب جســيمات عاكســة مصنوعــة مــن أكســيد‬ ‫التيتانيــوم والنفــط‪.‬‬ ‫يقــول تشــا‪« :‬كانــت عمليــة إضافــة الجســيمات‬ ‫العاكســة إىل اللهــب المحيــط شــاقةً للغايــة»‪ .‬ويضيــف‬ ‫ً‬ ‫مولــد دخــان‪ ،‬لكــن كان علينــا أن‬ ‫قائــا‪« :‬اســتخدمنا ِّ‬ ‫ف‬ ‫نتحكــم بعنايــة شــديدة ي� توقيــت توليــد الدخــان؛ يك‬ ‫ال نســبب االضطــراب للتيــار أ‬ ‫ســاس »‪.‬‬ ‫ال‬ ‫ي‬ ‫حصــل الباحثــون عــى صــور كشــفت عــن تفاصيــل‬

‫ت‬ ‫الــى تســتجيب بهــا‬ ‫ي‬ ‫غــر مســبوقة حــول الكيفيــة ي‬ ‫ديناميكيــات اللهــب للكهربــاء‪ .‬وعندمــا اســتخدموا‬ ‫مجــال تيــار مســتمر‪ ،‬مــال اللهــب بشــكل ملحــوظ ناحيــة‬ ‫القطــب الســالب؛ ألن أ‬ ‫اليونــات الموجبــة ت‬ ‫ـى يفــوق‬ ‫(الـ ي‬ ‫أ‬ ‫كبــر اليونــات الســالبة ف ي� اللهــب)‬ ‫عددهــا إىل حــد ي‬ ‫انجذبــت نحــو هــذا االتجــاه‪.‬‬ ‫أ‬ ‫هبــت ‪-‬عــى نحــو غـ يـر متو َّقــع‪-‬‬ ‫لكــن الريــاح اليونيــة َّ‬ ‫القطب ي ْ ن‬ ‫معــا‪ ،‬ممــا أثــار االنتبــاه إىل الــدور‬ ‫باتجــاه‬ ‫ــ� ً‬ ‫َ‬ ‫أ‬ ‫ف‬ ‫ت‬ ‫و� مجــال التيــار الم�دد‪،‬‬ ‫المحــــوري لليونــات الســالبة‪ .‬أ ي‬ ‫اعتمــدت ديناميكيــات الريــاح اليونيــة عــى تــر ُّدد التيــار‬ ‫ت‬ ‫غــر أن ذلــك كان عنــد تــرددات‬ ‫المــردد المســتخدم‪ ،‬ي‬ ‫أ‬ ‫منخفضــة وحســب‪ .‬ويمكــن أن تؤثــر هــذه الريــاح اليونية‬ ‫عــى عمليــة االحـ تـراق عــن طريــق الســماح بإعــادة توزيــع‬ ‫الحمــل‬ ‫منضبطــة للح ـرارة ومنتجــات االحـ تـراق بواســطة ِ‬ ‫الحــراري‪.‬‬ ‫ـا� عــى‬ ‫ويأمــل تشــا أن يكــون لهــذا العمــل أثــر إيجـ ب‬ ‫ـ�الت المو ِّلــدة للهــب‪ .‬ي أ‬ ‫التصميــم المســتقبل لـ آ‬ ‫والهــم‬ ‫َُ َ‬ ‫أ ي‬ ‫المــر لــن يســتدعي بنــاء معــدات صناعيــة‬ ‫مــن ذلــك أن‬ ‫كليــا‪.‬‬ ‫جديــدة ًّ‬ ‫ويســتطرد قائـ ًـا‪« :‬إن جمــال هــذه الطريقــة يكمــن �ف‬ ‫َ‬ ‫ي‬ ‫أنــه يمكــن تعديلهــا وتحديثهــا؛ فمــن الممكــن إضافتهــا‬ ‫أ‬ ‫ت‬ ‫فعليــا‪.‬‬ ‫كوســيلة تحكــم فعالــة لي نظــام احــراق موجــود ًّ‬ ‫ت‬ ‫وبنــا ًء عىل تهيئــة النظــام ونــوع االحــراق الذي نحتــاج إىل‬ ‫التح ُّكــم فيــه‪ ،‬يمكننــا اســتخدام معرفتنا وفهمنــا للوصول‬ ‫إىل المواقــع المناســبة أ‬ ‫للقطــاب واختيــار معامــات‬ ‫المثــى‪ ،‬كالجهــد أو ت‬ ‫الــردد»‪.‬‬ ‫التشــغيل ُ‬ ‫‪Park, D.G., Chung, S.H. & Cha, M.S. Visualization‬‬ ‫‪of ionic wind in laminar jet flames. Combustion‬‬ ‫‪and Flame 184, 246-248 (2017).‬‬

‫نباتــات المانجــروف ومــروج أ‬ ‫العشــاب‬ ‫أ‬ ‫البحريــة‪ -‬تســاعد هــذه النظمــة‬ ‫البيئيــة والمجتمعــات أ‬ ‫الحيائيــة‬ ‫التكيــف مــع‬ ‫المرتبطــة بهــا عــى‬ ‫ُّ‬ ‫التغـ ي ُّـر المناخــي والتخفيــف مــن آثاره‪.‬‬ ‫ت‬ ‫دوار�‪« :‬هــذه النباتــات تقــدم‬ ‫يقــول‬ ‫ي‬ ‫خدمــةً‬ ‫جليلــة للبيئــات الســاحلية؛ إذ‬ ‫إن بمقدورهــا حمايــة الســواحل مــن‬ ‫ارتفــاع مســتوى ســطح البحــر ومــن‬ ‫تزايُــد موجــات العواصــف»‪.‬‬

‫من وجهة نظر دوارتي‪ُ ،‬ي َعد الحفاظ على‬ ‫أساسيا للوقاية من‬ ‫أمرا‬ ‫ًّ‬ ‫نباتات المانجروف ً‬ ‫ارتفاع مستوى سطح البحر ومن زيادة وتيرة‬ ‫وشدة العواصف‪.‬‬

‫‪KAUST‬‬

‫ومســتوياته ف ي� الغــاف الجــوي»‪.‬‬ ‫ت‬ ‫ً‬ ‫قائــا ‪« :‬إضافــة‬ ‫دوار�‬ ‫ويــردف‬ ‫ي‬ ‫إىل ذلــك‪ ،‬فــإن العديــد مــن الشــعب‬ ‫المرجانيــة قاربــت بالفعــل عــى‬ ‫الوصــول إىل الحــدود الحراريــة‬ ‫لتأثــرات‬ ‫القصــوى‪ ،‬وقــد تتعــرض‬ ‫ي‬ ‫عنيفــة ت‬ ‫حــى لــو تــم الحفــاظ عــى‬ ‫مســتويات احـ تـرار تقــل عــن تلــك الــىت‬ ‫ي‬ ‫حددتهــا اتفاقيــة باريــس‪.‬‬ ‫ت‬ ‫دوار� وزمــاؤه إىل أن‬ ‫ويشــر‬ ‫ي‬ ‫ي‬ ‫المناطــق البحريــة المحميــة ‪MPAs‬‬

‫يمكن لمروج األعشاب البحرية‬ ‫المعرضة للخطر أن تستفيد‬ ‫من تقليل الضغوط عليها‪ ،‬مثل‬ ‫االضطرابات التي تحدثها مراسي‬ ‫السفن‪ ،‬وانخفاض التيارات المائية‬ ‫الغنية بالمغذيات القادمة من‬ ‫األراضي المجاورة‪.‬‬

‫يمكــن أن تســاعد عــى زيــادة احتجــاز‬ ‫الكربــون وتخزينــه مــن أجــل تقليــل‬ ‫غــازات الدفيئــة‪ .‬والــدور المهــم‬ ‫آ‬ ‫الخــر الــذي يمكــن لهــذه المناطــق أن‬ ‫تؤديــه هــو عــزل هــذه النظــم البيئيــة‬ ‫عــن التذبذبــات البيئيــة أ‬ ‫والحــداث‬ ‫ت‬ ‫ـى يَ ُرجــح أن تقــع ف ي� ظــل‬ ‫المتطرفــة الـ ي‬ ‫أ‬ ‫الحــوال المناخيــة المتقلبــة‪.‬‬ ‫ت‬ ‫دوار�‬ ‫فعــى ســبيل المثال‪ ،‬يصــف‬ ‫ي‬ ‫كيــف أن المحافظــة عــى الغطــاء‬ ‫ت‬ ‫الســاحل ‪-‬الــذي يشــمل‬ ‫النبــا�‬ ‫ي‬ ‫ي‬

‫ت‬ ‫دوار� أن هــذا البحــث‬ ‫كمــا يذكــر‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫ز‬ ‫تحفــر نقــاش‬ ‫تســبب بالفعــل ي�‬ ‫ي‬ ‫َّ‬ ‫عالمــي حــول كيفيــة زيــادة عــدد‬ ‫المناطــق البحريــة المحميــة ف ي�‬ ‫جميــع أنحــاء العالــم‪ .‬بيــد أن ثمــة‬ ‫حاجــة إىل معلومــات إضافيــة‪ .‬فقــد‬ ‫نشــأت المناطــق البحريــة المحميــة ف ي�‬ ‫أ‬ ‫الصــل ألهــداف الحفــاظ عــى التنوع‬ ‫ال ئ‬ ‫حيــا� فيهــا‪ ،‬لــذا فإننــا بحاجــة‬ ‫إ‬ ‫ي‬ ‫اىل بيانــات جديــدة عــن التصميــم‬ ‫المناســب لهــا ‪-‬أي اتســاع نطاقهــا‪،‬‬ ‫ـ� نســتطيع‬ ‫وحدودهــا‪ ،‬ومواقعهــا‪ -‬لـ ي‬ ‫تحقيــق أقــى الفوائــد الممكنــة فيمــا‬ ‫لتغــر المنــاخ‪.‬‬ ‫يتعلــق بالتصــدي‬ ‫ي‬ ‫‪Roberts, C.M., O’Leary, B.C.,‬‬ ‫‪McCauley, D., Cury, P., Duarte,‬‬ ‫‪C.M. et al. Marine reserves‬‬ ‫‪can mitigate and promote‬‬ ‫‪adaptation to climate change.‬‬ ‫‪Proceedings of the National‬‬ ‫‪Academy of Sciences 114,‬‬ ‫‪6167-6175 (2017).‬‬

‫اكتشافات كاوست ‪63 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫قوة الماء‬

‫المحميات البحرية‬ ‫قد تمثل صمام‬ ‫أمان للمجتمعات‬ ‫البشرية والبحرية‬ ‫مناطق حماية الســواحل والمحيطات وسيلة فعالة‬ ‫التكيف‬ ‫لمساعدة المجتمعات البشــرية والبحرية على‬ ‫ُّ‬ ‫تغير المناخ‪.‬‬ ‫مع ُّ‬

‫‪B E S E‬‬ ‫تــؤدي المناطــق البحريــة المحميــة‬ ‫‪marine protected areas‬‬ ‫(‪ )MPAs‬ت‬ ‫الــى تُحظــر فيهــا أنشــطة‬‫ي‬ ‫مــن قبيــل الصيــد والتعديــن‪ ،‬أو يجري‬ ‫أ‬ ‫مهما‬ ‫دورا ًّ‬ ‫تقييــد هــذه النشــطة فيهــا‪ً -‬‬ ‫ف ي� الحفــاظ عــى التنــوع الحيــوي‪.‬‬ ‫ث‬ ‫دول إىل أن مثــل‬ ‫ي‬ ‫ويشــر فريــق بحــ ي ي‬ ‫دورا‬ ‫هــذه المناطــق ســوف تــؤدي ً‬ ‫حيويًّــا ف ي� مســاعدة البيئــات البحريــة‬ ‫التكيــف مــع آثــار تغـ ي ُّـر المنــاخ‪،‬‬ ‫عــى ُّ‬ ‫إذا مــا أديــرت بفاعليــة‪.‬‬ ‫أيضــا إن الحمايــة‬ ‫ويقــول الفريــق ً‬ ‫الرســمية للنظــم البيئيــة البحريــة‬ ‫ســوف تدعــم العمليــات البيولوجيــة‬ ‫ت‬ ‫الــى تســاعد ف ي� زيــادة صمــود هــذه‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫المناطــق ي� وجــه االضطرابــات الناتجة‬ ‫عــن تقلُّــب أحــوال المنــاخ‪ .‬كمــا أن‬ ‫التوســع ف ي� الحمايــة مــن خــال صنــع‬ ‫ُّ‬ ‫شــبكة ممتــدة مــن المناطــق البحريــة‬ ‫المحميــة ســوف يــؤدي اىل مضاعفــة‬ ‫الفوائــد المرجــوة‪.‬‬ ‫يقــول كارلــوس ت‬ ‫دوار� ‪-‬مديــر «مركــز‬ ‫أ ي‬ ‫الحمــر» ف ي� جامعــة‬ ‫أبحــاث البحــر‬ ‫الملــك عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة‬ ‫(كاوســت) أن المجتمــع العالمــي ماطل‬ ‫ث‬ ‫أكــر ممــا ينبغــي ف ي� شــأن التصــدي‬ ‫النبعاثــات غــازات الدفيئــة‪ .‬ويضيــف‬ ‫قائـ ًـا‪« :‬حـ تـى لــو جــرى تنفيــذ اتفاقيــة‬ ‫باريــس بشــأن التغـ ي ُّـر المناخــي لعــام‬ ‫‪ 2015‬بحيــث تحقــق ث‬ ‫أكــر أهدافهــا‬ ‫‪ 62‬يناير ‪2018‬‬

‫طموحــا‪ ،‬فــإن عمليــات تخفيــف آ‬ ‫الثــار‬ ‫ً‬ ‫كث�ا‬ ‫الســلبية ســوف تكــون قــد تأخــرت ي ً‬ ‫نفعــا ف ي� إيقــاف‬ ‫بحيــث لــن تجــدي ً‬ ‫تغــر المنــاخ عــى الشــعاب‬ ‫ي‬ ‫تأثــرات ي ُّ‬ ‫المرجانيــة االســتوائية وعــى النظــم‬ ‫الشــمال‪ ،‬وكذلــك‬ ‫البيئيــة ف ي� القطــب‬ ‫ي‬ ‫ت‬ ‫الــى‬ ‫عــى‬ ‫التجمعــات والمجتمعــات ي‬ ‫تعتمــد عليهــا ف ي� معيشــتها»‪.‬‬ ‫وفيمــا يتعلــق بالنظــم البيئيــة‬ ‫آ‬ ‫تغــر‬ ‫البحريــة‪ ،‬فــإن فهمنــا لثــار ي ُّ‬ ‫المنــاخ يتجــه عــى نحــو ت ز‬ ‫م�ايــد إىل‬ ‫أن يشــمل زيــادة درجــة الحموضــة‪،‬‬ ‫وارتفــاع مســتوى ســطح البحــر‪ ،‬وزيادة‬ ‫شــدة العواصــف‪ ،‬والتغـ يـرات ف ي� توزيــع‬ ‫النــواع‪ ،‬ونقــص إنتــاج أ‬ ‫أ‬ ‫ين‬ ‫كســج�‬ ‫ال‬ ‫وعــدم توافــره‪ .‬ويُعــد التفاعــل ي ن‬ ‫بــ�‬ ‫والتأثــرات ت‬ ‫الم�اكمــة‬ ‫هــذه العوامــل‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫أيضــا‪.‬‬ ‫لهــا ف ي� غايــة الهميــة ً‬ ‫كثــر مــن هــذه‬ ‫وقــد أضحــى ي ٌ‬ ‫واضحــا جليــا‪ .‬يقــول ت‬ ‫دوار�‪:‬‬ ‫التأثـ يـرات‬ ‫ً‬ ‫ًّ‬ ‫ي‬ ‫«إن نقــص رقعــة الجليــد ف ي� القطــب‬ ‫ـمال هــو نقــص كبـ يـر بالفعــل وال‬ ‫الشـ ي‬ ‫يمكــن عكســه ف ي� فـ تـرة زمنيــة معقولــة‪،‬‬ ‫أي ف� ت‬ ‫فــرة يمكــن فيهــا لقدرتنــا عــى‬ ‫ي‬ ‫إدارتــه أن تصنــع فارقًــا»‪ .‬ويضيــف‬ ‫ً‬ ‫قائــا‪« :‬إن ارتفــاع مســتوى ســطح‬ ‫البحــر قــد تســارع بالفعــل‪ ،‬إىل حــد أنه‬ ‫ســوف يســتمر عدة قــرون قادمــة ويؤثر‬ ‫عــى المجتمعــات الواقعــة ف ي� المناطق‬ ‫الســاحلية المنخفضــة ف� ت‬ ‫شــى أنحــاء‬ ‫ي‬ ‫العالــم‪ ،‬حـ تـى لــو تمك َّنــا مــن التحكــم‬ ‫ف‬ ‫ن‬ ‫ثــا� أكســيد الكربــون‬ ‫ي� انبعاثــات ي‬

‫«ارتفاع مستوى سطح البحر تسارع بالفعل‪،‬‬ ‫إلى حد أنه سوف يستمر عدة قرون قادمة‪،‬‬ ‫ويؤثر على المجتمعات الواقعة في‬ ‫المناطق الساحلية المنخفضة في شتى‬ ‫أنحاء العالم‪ ،‬حتى لو تمكنَّ ا من التحكم في‬ ‫انبعاثات ثاني أكسيد الكربون»‪.‬‬

‫يوما بعد يوم للمملكة العربية‬ ‫يشكل األمن الغذائي‬ ‫تحديا تزداد أهميته ً‬ ‫ً‬ ‫السعودية والعالم أجمع‪ .‬ويمنح موقع جامعة الملك عبد الله للعلوم‬ ‫والتقنية المطل على شاطئ البحر األحمر وفي وسط الصحراء لباحثي‬ ‫الالزمين للتركيز على تحديد الجينات المسؤولة‬ ‫الجامعة الحافز والفرصة‬ ‫َ‬ ‫تحمل الملوحة العالية والجفاف في النباتات‪ .‬وإذا استطعنا زراعة‬ ‫عن دعم ُّ‬ ‫الطعام في مثل هذه البيئات الصعبة‪ ،‬فقد يكون أثر ذلك على األمن‬ ‫عظيما‪.‬‬ ‫الغذائي العالمي‬ ‫ً‬

‫‪KAUST / ANASTASIA KHRENOVA‬‬

‫مســتقبل‬ ‫ا لز ر ا عة‬ ‫تعرف على المزيد‪:‬‬ ‫ّ‬

‫اكتشافات كاوست ‪65 di scove r y.ka ust.e du . s a‬‬

‫قوة الماء‬

‫‪GETTY IMAGES‬‬

‫‪A global city‬‬ ‫‪global‬‬ ‫‪city‬‬ ‫على‪inA‬‬ ‫‪Saudi‬‬ ‫‪Arabia‬عالمية‬ ‫مدينة‬ ‫‪in Saudi‬‬ ‫‪Arabia‬‬ ‫أرض المملكة‬ ‫العربية السعودية‬

‫يتوافر الهيدروجين بكميات كبيرة‪ ،‬على هيئة جزيئات الماء‪ ،‬ويمكن لعمليات الحفز الرخيصة‬ ‫والفعالة أن تشكل حجر األساس لثورة في مجال إطالق األكسجين‪.‬‬

‫شق جزيئات الماء بتكلفة زهيدة‬

‫يمكن لمعالجة بســيطة للنيكل أن تجعــل منه عامل حفز أكثر‬ ‫فاعلية في شــق جزيئات الماء‪.‬‬

‫‪P S E‬‬

‫‪6697‬‬ ‫‪6697‬‬ ‫‪Community‬‬ ‫‪members‬‬ ‫‪Community‬‬ ‫عضوا في المجتمع‬ ‫ً‬

‫‪members‬‬ ‫‪from‬‬ ‫من‬ ‫‪from‬‬

‫‪104‬‬ ‫‪104‬‬ ‫‪Community‬‬ ‫‪nationalities‬‬ ‫‪Community‬‬ ‫جنسيات‬

‫‪nationalities‬‬

‫‪ 64‬يناير ‪2018‬‬

‫طُــورت تقنيــة لعــداد أ‬ ‫النــودات المصنوعــة مــن‬ ‫إ‬ ‫ِّ‬ ‫ين‬ ‫تحســ� كفــاءة التفاعــل المحــرر‬ ‫النيــكل؛ بغــرض‬ ‫أ‬ ‫ين‬ ‫بتحضــر مــادة زهيــدة التكلفــة‬ ‫كســج�‪ ،‬وذلــك‬ ‫لل‬ ‫ي‬ ‫ئ‬ ‫الكهربــا� للمــاء باســتخدام طريقــة‬ ‫للتحليــل‬ ‫ي‬ ‫كيميائيــة بســيطة‪ .‬وزيــادة كفــاءة هــذه العمليــة‬ ‫عــى النحــو الــذي توصــل إليــه باحثــو جامعــة‬‫الملــك عبــد هللا للعلــوم والتقنيــة (كاوســت)‪ -‬مهمــة‬ ‫ألغــراض أبحــاث تطويــر الطاقــة المتجــددة‪.‬‬ ‫تخــزن جزيئــات الهيدروجـ ي ن‬ ‫ـ� كميــات هائلــة مــن‬ ‫ـدرا محتمــا‬ ‫الطاقــة‪ ،‬لــذا يُنظــر إليهــا باعتبارهــا مصـ ً‬ ‫ـرا للطاقــة المســتدامة الخاليــة مــن الكربــون‪ .‬كما‬ ‫كبـ ي ً‬ ‫بكــرة عــى كوكــب أ‬ ‫الهيدروجــ� متوفــر ث‬ ‫ين‬ ‫الرض‪،‬‬ ‫أن‬ ‫عــى هيئــة جزيئــات المــاء‪.‬‬ ‫ئ‬ ‫الكهربــا� أن‬ ‫ويمكــن لعمليــات التحليــل‬ ‫ي‬ ‫ـ� مــن أ‬ ‫الوكسـ ي ن‬ ‫تفصــل ذرات الهيدروجـ ي ن‬ ‫ـج� ‪ ،‬لكــن‬ ‫ف‬ ‫أحــد االعتبــارات المهمــة ي� هــذه العمليــة هــو‬ ‫إطــاق أ‬ ‫ين‬ ‫وكســج� ‪.‬‬ ‫ال‬ ‫أ‬ ‫ين‬ ‫كســج�‬ ‫ومــن المعــروف أن معــدل تكويــن ال‬ ‫ين‬ ‫الهيدروجــ�‪،‬‬ ‫الــكل إلنتــاج‬ ‫يؤثــر عــى المعــدل‬ ‫ي‬ ‫أ‬ ‫المــر الــذي شــجع العلمــاء عــى البحــث عــن عامل‬ ‫حفــز يعـ ِّـزز مــن هــذا التفاعــل‪.‬‬ ‫اليريديــوم‬ ‫ويمكــن للعنــارص النبيلــة‪ ،‬مــن قبيــل إ‬ ‫ً‬ ‫فعــال ف ي� إطــاق‬ ‫دورا‬ ‫والروثينيــوم‪ ،‬أن تــؤدي ً‬ ‫أ‬ ‫ـج� لكنهــا باهظــة التكلفــة‪ .‬ف‬ ‫الكسـ ي ن‬ ‫و� إطــار بحثهــم‬ ‫ي‬ ‫عــن بديــل أرخــص‪ ،‬اســتخدم طالــب الدكتــوراة‬ ‫تاتســويا شــيناجاوا‪ ،‬والطالــب المتــدرب ماركــوس نج‪،‬‬ ‫طريقــةً كيميائيــة بســيطة لتحسـ ي ن‬ ‫ـ� التفا ُعــل المطلــق‬

‫أ‬ ‫كســج�‪ ،‬تحــت شإ�اف كازيــرو تاكانــى‪ ،‬أ‬ ‫ين‬ ‫لل‬ ‫الســتاذ‬ ‫بي‬ ‫ف‬ ‫المشــارك ي� مركــز كاوســت للحفــز‪.‬‬ ‫ت‬ ‫ـى توصــل إليهــا هــذا الفريــق‬ ‫وتشــمل‬ ‫الطريقــة الـ ي‬ ‫ن‬ ‫أيــو� مــن الكربونــات‬ ‫تدويــر النيــكل ف ي� محلــول‬ ‫ي‬ ‫والفوســفات ذي أس هيدروجيــن ي متوســط القيمــة‬ ‫ودرجــة ح ـرارة تقــارب ‪ 55‬درجــة مئويــة‪ ،‬وتقييــم أداء‬ ‫عمليــة شــق جزيئــات المــاء ف ي� درجــات حـرارة مرتفعــة‬ ‫(تصــل إىل ‪ 80‬درجــة مئويــة)‪.‬‬ ‫دلــت صــور قطــب النيــكل الناتــج ت‬ ‫الــى‬ ‫ي‬ ‫ال ُت ِقطــت بواســطة المجهــر إ ت ن‬ ‫و� الماســح أن‬ ‫اللكــر ي‬ ‫عمليــة التصنيــع تعيــد تركيــب الســطح‪ ،‬بحيــث‬ ‫تنتــج طبقــات مــن هيدروكســيد وأوكســيد النيــكل‬ ‫ذات ســماكة تزيــد عــن المليمـ تـر الواحــد‪ .‬كمــا أن‬ ‫البنيــة ثالثيــة أ‬ ‫البعــاد لهــذه الطبقــة يمكنهــا أن‬ ‫تحتجــز كاتيونــات العنــارص القلويــة والميــاه ذات‬ ‫ت‬ ‫ال�ابــط الضعيــف‪.‬‬ ‫ت‬ ‫اللكــرود الجديــد مقــدر ًة فائقــةً عــى‬ ‫أثبــت إ‬ ‫إطــاق أ‬ ‫ين‬ ‫كســج� مقارنــة بأكســيد النيكل‪-‬حديــد‬ ‫ال‬ ‫أ‬ ‫عنــد قيــم الس الهيدروجيــن ي شــبه المتعادلــة‬ ‫ودرجــات الحــرارة ت‬ ‫الــى تُســتخدم عــاد ًة ف ي�‬ ‫ي‬ ‫العمليــات التصنيعيــة‪ .‬ويختــم شــيناجاوا بقولــه إن‬ ‫هــذا الفريــق «يأمــل أن يُ ِتبــع هــذه الدراســة بأخرى‬ ‫تزيــد مــن فهمنــا لخــواص هــذه المــادة وأدائهــا»‪.‬‬ ‫‪Shinagawa, T., Ng, M. T.-K. & Takanabe, K.‬‬ ‫‪Boosting the performance of the nickel‬‬ ‫‪anode in the oxygen evolution reaction‬‬ ‫‪by simple electrochemical activation.‬‬ ‫‪Angewandte Chemie 56, 5061(2017).‬‬

‫التنقيب في البيانات الضخمة‬

‫يركز الباحثون في «جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية» (كاوست)‬ ‫على تحسين عملية تخزين الطاقة الشمسية وتحويلها‪ ،‬حيث يكون ضوء‬ ‫متاحا بوفرة‪ ،‬ولكن درجات الحرارة العالية والغبار تقلل من كفاءة‬ ‫الشمس‬ ‫ً‬ ‫األلواح الشمسية‪ .‬وباستخدام طاقة الشمس ومواد مبتكرة‪ ،‬يعمل علماؤنا‬ ‫ً‬ ‫حلول أرخص‪ ،‬وأنظف‪ ،‬وأكثر فاعلية‪.‬‬ ‫على ابتكار تقنيات جديدة تقدم‬

‫تقنيــات مبتكــرة لطاقــة‬ ‫شمســية أكثــر كفــاءة‬ ‫‪66‬‬

‫يناير ‪2018‬‬

‫تعرف على المزيد‪:‬‬ ‫ّ‬