ماجراجویی در قطب با فناوریهای برتر

طی یکصد سال گذشته پیشروی در مناطق قطبی زمین همزمان با توسعه فناوری‌های گوناگون و متنوعی همراه بوده است که این خود نتیجه‌ای جز اسکان موقت و حتی دائم دانشمندان در مدرن‌ترین ایستگاه‌های تحقیقاتی جهان و انجام حفاری‌های عمیق در سخت ترین لایه‌های یخی جهان نداشته است. بیش از 30 سال است که دانشمندان به دنبال یافتن سرنخ‌هایی درخصوص گرمایش زمین و ایجاد تغییرات جوی نامیمون در مناطق قطبی جهان هستند. این مناطق گرچه در این مدت و به طور مستقیم از گزند بسیاری از ناهنجاری‌های زیست محیطی و دخالت‌های بشری در امان بوده است اما به‌طور غیرمستقیم به یکی از اصلی‌ترین قربانیان دخالت‌های انسانی در محیط زیست جهان و تعادل حاکم بر آن بوده است. آب شدن تدریجی کوه‌های عظیم یخی که هر یک می‌توانند تا چندین دهه تأثیرگذاری جدی بر مناطق اطراف داشته باشند و ایجاد حفره‌های کوچک و بزرگ در لایه ازن آسمان این مناطق از جمله نشانه‌های این جنایت انسانی در مناطق قطبی زمین بوده است. اکنون دانشمندان به این نتیجه رسیده‌اند که با پیگیری تحقیقات گسترده در مناطق قطبی می‌توان در آینده نزدیک از بروز فجایع زیست محیطی جلوگیری کرد. این مهم تنها به واسطه توسعه دانش‌های نوین در زمینه طراحی و ساخت سازه‌های قابل اسکان فوق مدرن و طراحی و تولید سیستم‌های حمل و نقل رباتیکی و نیمه خودکار و نظایر آنها امکانپذیر است. به عنوان تنها یک نمونه، اکنون دانشمندان به این مرحله رسیده‌اند که در زمان اسکان در اقامتگاه‌های تحقیقاتی مناطق قطبی که با جدیدترین مواد و فیبرهای نانویی و کربنی ساخته شده‌اند، بدون هیچ مشکلی و در حالی که تی‌شرت بر تن کرده‌اند به کارهای روزمره خود بپردازند.

طراحی و ساخت ایستگاه‌های تحقیقاتی در مناطق قطبی زمین همواره یکی از مهم‌ترین پروژه‌های دانشمندان کنجکاو در زمینه تحقیقات قطبی بوده است. در سال‌های اخیر گروه‌های مختلفی از کارشناسان به این نکته مهم تأکید داشته‌اند که سازه‌های قابل اسکانی که در مناطق قطبی ساخته می‌شود، خود نباید هیچ نقشی در افزایش آلودگی هوای جهان داشته باشند. از این رو بتازگی نخستین ایستگاه تحقیقاتی و اکتشافاتی قطبی در قطب شمال در حالی راه‌اندازی شده است که از یک ویژگی بسیار مهم بهره‌مند است: عدم تولید آلاینده‌های کربنی. این به آن معناست که دانشمندان ساکن در این ایستگاه برای گذران زندگی روزمره خود و گرم کردن محیط داخلی هیچ‌گونه سوخت فسیلی و آلاینده کربنی مصرف نمی‌کنند. از سوی دیگر آنها با استفاده از طیف قابل توجهی از توربین‌های بادی و ترکیب آنها با صفحات خورشیدی به منبع بسیار پاکی از انرژی در مناطق قطبی دست یافته‌اند که می‌تواند الگوی بسیار مناسبی نیز برای سایر مردم جهان باشد.

این ایستگاه تحقیقاتی فوق مدرن «پرنس الیزابت» نام داشته و تکیه اصلی آن برای تولید انرژی تنها به صفحات خورشیدی و توربین‌های بادی خود است. این ایستگاه در طول دو سال ساخته شده است و به جهت تولید انرژی‌های پاک آن هم با توجه به محیط بسیار سخت و خشنی که در آن قرار دارد در دنیا زبانزد شده است. البته استفاده از صفحات خورشیدی و توربین‌های بادی تنها بخشی از ابتکارات به خرج داده شده در این ایستگاه تحقیقاتی است. دیواره‌ها و کف این ایستگاه با استفاده از نوعی فولاد و ترکیب آنها با فیبرهای کربنی ساخته شده است تا بدین ترتیب ضریب تبادل گرمای بین محیط داخلی و فضای بسیار سرد قطب به حداقل برسد و این جز صرفه جویی در انرژی هیچ معنای دیگری ندارد. در کنار این ابتکارات، دانشمندانی که در این ایستگاه اقامت دارند می‌توانند با استفاده از کلاس جالب توجهی از میکروارگانیسم‌ها، پسماندهای آبی خود را به آب قابل شرب تبدیل کنند. زندگی روزه این دانشمندان در هفته‌ها و ماه‌های اخیر همواره تحت نظر دانشمندان مختلفی در سراسر جهان بوده است تا بدین وسیله راهکارهای قابل اطمینانی برای تولید و استفاده از انرژی‌های پاک ارائه شود.

در قطب حرکت و جابه‌جایی محموله‌های باری از جمله مشکلات همیشگی دانشمندان بوده است. از این رو طراحی و ساخت سیستم‌های رباتیکی حرکتی با هدف ساخت وسایل حمل و نقل در مناطق قطبی در یک دهه گذشته بشدت مورد توجه دانشمندان و مراکز علمی ‌و تحقیقاتی برتر جهان از جمله سازمان فضانوردی آمریکا قرار گرفته است. دانشمندان انستیتو فناوری جورجیا با همکاری محققان دانشگاه دولتی پنسیلوانیا تلاش جالب توجهی را در این زمینه آغاز کرده‌اند. آنها هم اکنون در حال کار روی نوعی سیستم‌های رباتیکی تمام خودکاری هستند که به جهت برخورداری از قابلیت‌های چندگانه، می‌توانند به عنوان کاشفان آینده در مناطق قطبی زمین لقب بگیرند.

این روبات‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده اند که با حضور در نقاط بسیار دوردست قطبی، می‌توانند اطلاعات جامعی درخصوص تغییرات جوی و تأثیرگذاری آن بر بزرگترین لایه‌های یخی جهان در اختیار دانشمندان قرار دهند. مهم‌ترین نتیجه این پروژه فراهم آوردن امکان منحصربه‌فرد طراحی و ارائه مدل‌های بهتر و دقیقتر از تغییرات جوی و تبعات گوناگون عنوان شده است.

این سیستم‌های خودکار رباتیکیSnoMotes نام دارد. این وسیله حرکتی حدود 2 متر طول و یک متر عرض داشته و به نوعی یک سیستم موتوری حرکت بر روی لایه‌های یخی و برفی به حساب می‌آید. البته شاید در ظاهر این سیستم‌ها با سیستم‌های موتوری فعلی شباهت زیادی داشته باشند با این حال از نظر ساختار درونی و کاربردهایی که خواهند داشت قابل مقایسه نیستند. در این سیستم خودکار رباتیکی از طیف گسترده ای از فناوری‌ها نظیر دوربین‌های ویژه، حسگرهای مخصوص، سیستم‌های جهت‌یابی و قابل اتصال به ماهواره استفاده شده است تا در نهایت فناوری کاملا نوینی را ارائه کرده باشند. این سیستم‌ها به گونه ای ساخته شده اند که می‌توانند در قالب یک تیم یا لشگری از سازه‌های رباتیکی حرکت سریع خود روی لایه‌های یخی و پوشیده از برف را آغاز کرده و در حالی که ارتباط شبکه‌ای با یکدیگر دارند، خود را به دور افتاده‌ترین نقاط قطبی برسانند، جایی که حضور چند ساعته دانشمندان نیز می‌تواند برای سلامتی آنها بسیار خطرناک باشد.

در استفاده از این سیستم‌های رباتیکی نیازی به کنترل‌های انسانی نیست. تاکنون سه دستگاه از این سیستم‌ها ساخته شده است و پیش‌بینی می‌شود با توسعه بیشتر آنها و افزودن قابلیت‌های کاری بیشتر، در آینده نزدیک شمار قابل توجهی از این سازه‌های رباتیکی راهی مناطق قطبی زمین شوند. موفقیت اولیه این طرح، دانشمندان این دو دانشگاه را بر آن داشته است تا ایده‌هایی را نیز درباره نسخه‌های بزرگ‌تری از این سازه‌های رباتیکی مورد بررسی قرار دهند، جایی که بتوان در دل آنها آزمایشگاه‌های نسبتا مدرنی را جاسازی کرد و در همان مناطق قطبی طیف گسترده‌ای از آزمایش‌ها انجام شود. در پس این پروژه تحقیقاتی سازمان فضانوردی آمریکا قرار دارد و حمایت‌های مالی قابل توجهی از آن داشته است. ناسا امیدوار است تا با نتیجه بخش اعلام شدن این پروژه گام بلند دیگری به سوی طراحی و ساخت سیستم‌های حرکتی قابل اطمینان در سیارات و اقمار دیگر نظیر مریخ و ماه برداشته شود.

یکی دیگر از ایده‌های جالب توجهی که در زمینه توسعه فناوری‌های اکتشافات قطبی مطرح شده است، طراحی مدل مفهومی‌سیستم حرکتی رباتیکی موسوم بهRoofus است که از قابلیت مهمی ‌همچون حمل بار برخوردار است. این سیستم تمام رباتیکی می‌تواند در سخت‌ترین سطوح یخی و برفی محموله‌های سنگینی را حمل کرده و بدین ترتیب پیشروی دانشمندان در مناطق قطبی را راحت‌تر کند. این سیستم رباتیکی حدود 110 کیلوگرم وزن دارد و با استفاده از دو موتور الکتریکی حرکت می‌کند. بهره‌گیری از حسگرهای مختلف در کناره‌های سیستم، آن را در جهت‌یابی به یک سازه رباتیکی توانمند تبدیل خواهد کرد.

زندگی در قطب نیاز به پیشرفته‌ترین تجهیزات روزمره دارد. حفاظت از سلامت دانشمندان و محققانی که در این مناطق و عمدتا تا چند ماه زندگی می‌کنند نکته‌ای است که برای تحقق پروژه‌های تحقیقاتی به اولویتی مهم تبدیل شده است. گروهی از محققان به تازگی دستکش‌های مخصوصی را برای استفاده در مناطق قطبی ارائه کرده‌اند که از ساختار فوق‌العاده سبک و در عین حال مقاوم در برابر تبادل حرارتی با محیط برخوردار است. در بدنه این دستکش‌ها از فیبرهای کربنی مخصوصی استفاده شده است که در عین حال که کاربر می‌تواند هر 5 انگشت خود را به راحتی حرکت دهد، تا چندین ساعت هیچ‌گونه سرما و یخ‌زدگی را احساس نخواهد کرد.

اما باز هم سازه‌های جالب توجهی مرتبط با قطب و زندگی در آن ارائه شده است. استفاده از تلفن همراه در قطب موضوعی است که در سال‌های اخیر و همزمان با توسعه شبکه‌های ارتباطاتی و ماهواره‌ای بشدت مورد توجه دانشمندان ساکن مناطق قطبی قرار گرفته است. در این راستا تلفن همراهی ساخته شده است که دانشمندان و محققان ساکن در قطب در حالی که دستکش‌های کلفتی را بر دست کرده‌اند می‌توانند به راحتی با آن شماره‌گیری کنند. این تلفن همراه ویژه مناطق بسیار سرد و بد آب و هوای زمین همچون مناطق قطبی زمین است. یوتا واناتابه محقق مبتکری است که این تلفن همراه را ارائه کرده است. نمونه پیش‌ساخته این تلفن همراه کاملا مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است. برای نهایی‌سازی این پروژه ابتکاری، بیش از 100 کاربر از آن استفاده کرده‌اند و تقریبا تمامی ‌آنها رضایت کاملی از این تلفن همراه جدید داشته‌اند. این تلفن همراه از دکمه‌های بزرگی سود می‌برد و از این رو کاربر می‌تواند به راحتی شماره‌های مورد نظر را در حالی که دستکش کلفتی بر دست کرده است، شماره‌گیری کند. پیش‌بینی می‌شود این تلفن همراه بزودی به عنوان یکی از تجهیزات اصلی دانشمندان و محققان در مناطق قطبی زمین به کار گرفته شود.

در مناطق قطبی زمین، تنها حرکت روی لایه‌های سطحی مورد نظر دانشمندان نیست. آنها در یک دهه گذشته تلاش‌های زیادی را برای نفوذ به آب‌های بسیار سرد زیر لایه‌های چندین متری از یخ مناطق قطبی به خرج داده‌اند اما مشکل آنها در این بوده است که امکان حضور طولانی‌مدت در این مناطق آبی را نداشته‌اند.

استفاده از سازه‌های زیردریایی رباتیکی که به پیشرفته‌ترین سازه‌های الکترونیکی مجهز هستند از جمله گام‌های بلندی است که دانشمندان در سال‌های اخیر به واسطه آنها اکتشافات قابل توجهی در تاریک‌ترین مناطق زیر آبی قطبی انجام داده‌اند. یکی از جالب توجه‌ترین کارهایی که در دو سال گذشته صورت گرفته است، طراحی و ساخت برچسب‌های الکترونیکی و استفاده از آنها در ترکیب با حیوانات دریایی این مناطق نظیر فیل‌های دریایی بوده است. در حقیقت دانشمندان به این نتیجه رسیده‌اند که می‌توان به استفاده از حیوانات دریایی برای توسعه اکتشافات زیردریایی اعتماد بیشتری داشت. گروهی از محققان دانشگاه واشنگتن در صدر تحقیقاتی از این دست قرار دارند. آنها چندی پیش برچسب‌هایی الکترونیکی طراحی و ساخته‌اند که پس از نصب روی بدن فیل‌های دریایی می‌توانند اطلاعات ارزشمندی از ترکیبات سازنده آب‌های مناطق قطبی و حتی غلظت و ترکیب کف مناطق اقیانوسی این مناطق به دست آورند. این برچسب‌ها از قابلیت‌های بالایی برخوردارند که از آن جمله می‌توان به بررسی درجه شوری و میزان اسیدی بودن آب این مناطق اشاره کرد. تغییرات جوی در سال‌های اخیر تأثیر نگران‌کننده‌ای بر غلظت آب مناطق قطبی جهان داشته است. اسیدی شدن این آب‌ها اوج نگرانی دانشمندان بوده است و گفته می‌شود به جهت حساسیت‌هایی که در این زمینه وجود دارد، طیف گسترده‌ای از پروژه‌های تحقیقاتی دانشمندان در زمینه توسعه فناوری‌های مرتبط با اکتشافات قطبی به چگونگی بررسی غلظت ترکیبت آب این مناطق بازمی‌گردد.

همچنین در قطب برنامه‌های جالبی نیز برای شناورسازی تیمی‌ از زیردریایی‌های تمام‌خودکار وجود دارد. این زیردریایی‌ها با تلاش گروهی از محققان در دانشگاه‌های آکسفورد، کمبریج و چند دانشگاه و انستیتوی برتر دیگر ساخته می‌شوند که پس از رها شدن در آب‌های این مناطق خود را به اعماق تاریک رسانده و با رساندن خود به توده‌های عظیم یخی اطلاعات درستی درباره وضعیت آنها و روند آب شدنشان به مراکز تحقیقاتی ارسال می‌کنند.

به نظر می‌رسد با استفاده از این فناوری‌های نوین نفوذ دانشمندان به دورافتاده‌ترین مناطق قطبی به یکی از پیش پا افتاده‌ترین و در عین حال مهم‌ترین برنامه‌های اکتشافاتی دانشمندان در سال‌های آتی تبدیل شود.