آشیانه در ماه، کاشانه در زمین

دکتر بهرخ خوشنویس، مجری این طرح از استادان رشته صنایع و مهندسی سیستم دانشگاه کالیفرنیای جنوبی است؛ او در حوزه مکاترونیک و رباتیک ایده‌های جالبی ارائه کرده است که شاید بتوان مهم‌ترین این ایده‌ها را سامانه‌های خودکار ساخت سازه‌های عمرانی دانست. خانه‌سازی در ماه یکی از طرح‌های عظیمی است که بر اساس این ایده از سوی این محقق ایرانی ارائه شده و مورد توجه ناسا قرار گرفته است. اخیرا نام این محقق در فهرست اعضای آکادمی ملی مخترعان ایالات متحده آمریکا به ثبت رسیده است. در سطح دنیا 400 نفر عضو این آکادمی هستند. با دکتر بهرخ خوشنویس گفت‌وگویی خواندنی داشته‌ایم.

شما دوره کارشناسی را در دانشگاه صنعتی شریف گذراندید، چطور شد که در ادامه راهی کالیفرنیا شدید؟

من در شهرستان ساری متولد شدم. پیش از تولد، پدرم را از دست داده بودم و بعد از مدت کوتاهی همراه خانواده از شهر ساری به اراک نقل مکان کردیم. تا هشت سالگی در اراک بودیم و بعد از آن به تهران آمدیم. در دانشگاه صنعتی شریف در رشته مهندسی صنایع پذیرفته شدم و بعد از پایان مقطع کارشناسی راهی آمریکا شدم. بعد از پایان مقطع دکتری دوست داشتم به ایران بازگردم، اما به دلیل انقلاب فرهنگی و تعطیلی دانشگاه این امکان وجود نداشت، به ناچار اینجا ماندم. ابتدا فکر می‌کردم این وضع موقتی است، اما با گذشت زمان بازگشت من اندکی سخت‌تر شد. به هر حال این طور نبود که از ابتدا برنامه‌ای برای ماندن در آمریکا داشته باشیم. اکنون در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی مشغول تدریس هستم.

زمینه اصلی فعالیت‌های پژوهشی شما در چه حوزه‌هایی بوده است؟

بیشتر در حوزه فناوری‌های ساخت یا به عبارتی Manufacturing Technologies فعالیت داشته‌ام. این فناوری‌ها در حوزه مکاترونیک قرار می‌گیرد. منظور از مکاترونیک سیستم‌های مکانیکی و الکترونیکی است که مجموعه‌ای از کارها را به طور اتوماتیک انجام می‌دهد. هدف اصلی من ایده‌ای برای ساخت‌و‌ساز به روش رباتیک بوده است. در طرح ارائه شده تحت عنوان سیستم ساخت پیرامونی، هدف دستیابی به روش‌های ارزان قیمت برای ایجاد سیستم‌هایی به منظور انجام طراحی‌های سه بعدی به وسیله رایانه بوده است.

چرا برای ساخت و ساز به سراغ کره ماه رفتید؟

این طور نبود که بخواهم از ابتدا به فکر ایده‌ای برای ساخت‌و‌ساز در ماه باشم. من فناوری را ارائه کردم که از قابلیت ساخت سازه‌های بزرگ برخوردار است. همزمان با آغاز کار در سطح زمین، این ایده را به ناسا پیشنهاد کردم که خوشبختانه مورد استقبال قرار گرفت. اکنون فاز اول و دوم پروژه ساختمان سازی در ماه به پایان رسیده است. فاز سوم این پروژه نیز بتازگی آغاز شده است. امیدوارم در نهایت بتوانیم این ایده را به اجرا در آوریم. البته نمی‌توان پیش بینی کرد اجرایی شدن این ایده چه مدت زمانی به طول می‌انجامد. به هر حال ما این کار را شروع کرده‌ایم.

در فاز سوم قرار است چه کارهایی انجام شود و فکر می‌کنید از این مرحله تا اجرایی شدن چقدر فاصله داشته باشید؟

در فاز سوم این پروژه قرار است به کمک ناسا بخشی از این طرح در سطح کره زمین در شرایط مشابهی شبیه سازی شود. در بیابان‌های آریزونا منطقه‌ای وجود دارد که خاک آن شبیه ماه است. خاک این منطقه ماهیت آتشفشانی دارد و از نظر ویژگی‌ها و مشخصات شباهت زیادی به سطح ماه دارد. باید در این منطقه دستگاه‌هایی را که بر اساس سیستم ساخت پیرامونی طراحی شده قرار داده و نشان دهیم که این سیستم می‌تواند به طور خودکار خاک را از سطح زمین برداشته و با استفاده از آب، ساختارهای مورد نظر ناسا را بسازد.

برای ساخت بنا در ماه محدودیت‌هایی مانند دسترسی نداشتن به آب و مصالح وجود دارد؛ برای حل این مشکلات چه راهکاری در نظر گرفته‌اید؟

از دو طریق می‌توان این محدودیت‌ها را برطرف کرد؛ یکی از این راهکارها استفاده از گوگرد یا سولفور است که در سطح ماه و همچنین در سطح مریخ به مقدار بیشتر وجود دارد. ما می‌تواینم گوگرد را با شنی که در سطح ماه یا مریخ وجود دارد مخلوط کنیم و در مرحله بعد این مخلوط را حرارت دهیم تا گوگرد ذوب شود. وقتی گوگرد ذوب می‌شود کار سیمان را انجام می‌دهد. بتونی که در سطح زمین از آن استفاده می‌کنیم همان مخلوط شن و ریگ و سیمان است. سیمان پودری است که در ترکیب با آب به شکل چسب درآمده و شن و ریگ را به هم می‌چسباند. اگر هر چسب دیگری را جایگزین سیمان و آب کنیم نتیجه همین است؛ البته با در نظر گرفتن این که چسبی که جایگزین سیمان و آب می‌شود، باید قوی باشد. یکی از این چسب‌های قوی که می‌توانیم در ساختمان‌سازی از آن استفاده کنیم، گوگرد است که وقتی ذوب می‌شود از قدرت چسبندگی بالایی برخوردار است.

یعنی گوگرد نقش سیمان را دارد؟

وقتی می‌خواهید در سطح زمین سازه‌ای را بنا کنید، باید بتوانید شن و ریگ را به هم بچسبانید. برای این کار از سیمان و آب استفاده می‌کنید. از ترکیب آب و سیمان ماده خمیری به دست می‌آید که آبکی و چسبناک است؛ وقتی این ماده خمیری سفت می‌شود، می‌تواند شن‌ها را به هم بچسباند. اگر گوگرد را حرارت دهید نتیجه ماده خمیری شکلی است که می‌تواند جایگزین سیمان و آب شود. این ماده چسبناک است و می‌توانید شن را به آن اضافه کنید. پس از سرد شدن شن‌ها را به هم چسبانده و بنابراین دیگر برای ساختمان‌سازی در ماه یا مریخ به آب نیاز نداریم.

قرار است این بناها به چه شکلی و چطور ساخته شود؟

این سازه‌ها توسط ربات‌هایی که طراحی می‌کنیم ساخته می‌شود؛ این ربات‌ها روی سطح ماه یا مریخ به حرکت درمی آید. یک بازوی رباتیک داریم که به جسم قیف مانندی شبیه شیپور متصل می‌شود؛ در این قیف مواد ساختمانی تزریق می‌شود و به این ترتیب دیوارها لایه به لایه روی هم قرار می‌گیرد. فرآیند کار شبیه به آجرچینی است، با این تفاوت که در این طرح آجرها به هم پیوسته است و هیچ فاصله‌ای بین واحدهای ساختاری دیده نمی‌شود. ربات براساس طرحی این سازه را می‌سازد که از سطح زمین ارسال می‌شود و خودش بر این اساس سازه مورد نظر را مطابق طرح در نظر گرفته شده می‌سازد.

سازه بنا شده به این روش از نظر استحکام چگونه است؟

بر اساس بررسی‌ها و مطالعات انجام شده این سازه از نظر استحکام نیازهای ناسا را برآورده می‌کند. بر اساس این پروژه ما به سطح به‌عنوان فرودگاه نیاز داریم که همه فضاپیماها می‌توانند روی این سطح فرود آیند. یک جاده نیاز داریم که می‌تواند این فضاپیما‌ها را به محل قرارگاه منتقل کند؛ در محلی که به عنوان قرارگاه ساخته می‌شود به آشیانه‌هایی شبیه به آشیانه هواپیما نیاز داریم که فضاپیماها و دستگاه‌هایی که به سطح ماه یا مریخ منتقل می‌شود در این آشیانه‌ها نگهداری می‌شود. هدف از قرارگیری تاسیسات و فضاپیماها در آشیانه این است که در معرض تابش تشعشعات خورشید نباشد. در فضا و بخصوص در کره ماه اتمسفر وجود ندارد؛ بنابراین در این شرایط اشعه خورشید می‌تواند بسیار مضر باشد و خیلی چیزها از جمله فضاپیما‌ها یا تاسیساتی را که به ماه منتقل خواهیم کرد در معرض آسیب‌های جدی قرار دهد. بنابراین باید سرپناهی درست کنیم؛ یکی از دیگر کاربردهای این سرپناه، ایجاد دیوارهای سایه افکن است. در سطح ماه زیر نور خورشید دما به بیش از 140 درجه سانتی‌گراد می‌رسد که دمای بالایی است. این در حالی است که در سایه ماه دمای هوا به 140 درجه سانتی‌گراد زیر صفر می‌رسد. در سطح زمین چنین اختلاف درجه حرارت‌هایی دیده نمی‌شود. گاهی لازم است بعضی کارها در سایه ماه انجام شود. برای ایجاد چنین شرایطی در سطح ماه به دیوارهای سایه افکن نیاز داریم که برای بعضی دستگاه‌ها باید چنین شرایطی را مهیا کنیم. در این مرحله از پروژه ساختمان سازی در ماه یا مریخ هدف ما بردن انسان‌ها و ایجاد شرایطی برای سکونت آنها نیست. هدف ما آماده کردن امکاناتی است که باید پیش از فرستادن انسان‌ها چنین امکاناتی را فراهم کنیم. در این مرحله مجموعه دستگاه‌هایی را به ماه منتقل می‌کنیم تا شروع به کار کنند تا بعد‌ها بتوان از این امکانات استفاده کرد. در ادامه لازم است ایستگاه‌های ارتباطی ساخته شود و تلسکوپ و تجهیزات دیگری در این ایستگاه مستقر شود. این ساختمان‌ها سازه‌هایی نیست که انسان‌ها بتوانند در آن زندگی کنند. سازه‌هایی که برای سکونت انسان‌ها ساخته می‌شود باید از ویژگی‌های اختصاصی برخوردار باشد. لازم است امکاناتی فراهم کرد تا در فضای داخلی این سازه‌ها هوا وارد شود. همچنین باید این سازه‌ها آب‌بندی شود. در این مرحله ساخت چنین سازه‌هایی مورد نظر ما نیست. ساختمان‌هایی که برای سکونت انسان‌ها در نظر گرفته می‌شود، در مراحل بعدی این پروژه ساخته خواهد شد.

فکر می‌کنید محقق شدن چنین ایده‌ای چه مدت زمانی به طول خواهد انجامید؟

بستگی به میزان سرمایه‌گذاری روی این پروژه دارد. مثل این که شما بگویید ساخت یک خانه در شهری مانند تهران چقدر زمان نیاز دارد. اگر فقط یک نفر باشید و بخواهید این خانه را به تنهایی بسازید باید مصالح موردنیاز را تهیه کنید، این مصالح را به محل مورد نظر منتقل و تخلیه کنید و مراحل ساخت را شروع کنید. بی شک این کار سال‌ها به طول می‌انجامد. اما اگر برای ساخت چنین خانه‌ای چند نفر همکاری داشته باشند کار سریع‌تر انجام خواهد شد. در پروژه‌های تحقیقاتی نیز همین‌طور است. اگر چند گروه به طور همزمان در اجرای یک پروژه تحقیقاتی همکاری داشته باشند طبیعی است این کار سریع تر پیش می‌رود. بنابراین همه چیز به این همکاری‌ها بستگی دارد.

از ماه به زمین بازمی‌گردیم. یکی از ایده‌هایی که مطرح کرده‌اید طرح سهولت خانه‌سازی در زمین به کمک چاپگرهای سه بعدی است. این طرح در چه مرحله‌ای است؟

در حقیقت این طرح نیز استفاده از مفهوم مشابهی برای ساختمان‌سازی در سطح زمین است. البته این طرح هنوز تجاری سازی نشده است. امیدوارم بزودی این ایده عملی شود.

آیا علاوه بر چاپگرهای سه بعدی از فناوری‌های دیگری هم در این پروژه استفاده می‌شود؟

کار اصلی ساخت و ساز از طریق چاپگرهای سه‌بعدی انجام می‌شود. برای دیگر مراحل کار مانند لوله کشی و سیم‌کشی، سیستم‌های رباتیک و خودکار در نظر گرفته شده است. برای کارهای دیگری مانند کاشی کاری نیز سیستم‌های خودکاری را در نظر گرفته‌ایم. کارهای دیگری نظیر نازک کاری و گچ‌کاری نیز به سیستم‌های خودکار واگذار خواهد شد. البته تحقیق درباره این سیستم ادامه دارد. این طرح هنوز عملی نشده و من امیدوارم در آینده‌ای نزدیک تجاری‌سازی آغاز شود.

یکی از ویژگی‌های این پروژه امکان ساخت خانه در 24 ساعت است. آیا خانه‌ای که در 24 ساعت ساخته می‌شود، استانداردهای ساخت و ساز در آن رعایت خواهد شد؟

از آنجا که در این طرح همه کارها به طور اتوماتیک انجام می‌شود. زمان کار کوتاه تر است هیچ محدودیتی در مراحل ساخت و ساز وجود ندارد. ربات‌ها سریع و دقیق هستند و هرگز احساس خستگی نمی‌کنند. ربات‌ها استراحت نمی‌کنند و به همین دلیل همه کارها بسرعت پیش می‌رود. اما این ویژگی‌ها هیچ تضادی با رعایت استانداردهای ساخت وساز ندارد. تفاوت اصلی این طرح در مقایسه با ساختمان‌سازی به شیوه معمول این است که کارها به شیوه رباتیک انجام می‌شود.

به نظر شما می‌توان چنین طرحی را در ایران عملی کرد؟

این طرح در هر جایی که بودجه کافی به تحقیق و توسعه اختصاص داده شود و مواد و مصالح موردنیاز در دسترس باشد، قابل اجراست. بنابراین برای اجرایی شدن این طرح در ایران از این نظر محدودیتی وجود ندارد. مصالح اصلی لازم برای این پروژه سیمان است. بنابراین شرکت‌های سیمان نقش مهمی در اجرایی شدن این پروژه دارند. دوست دارم در صورت اجرایی شدن این طرح در ایران معماری اصیل و زیبای ایرانی پیاده شود. یکی از ویژگی‌های بسیار خوب این فناوری این است که از نظر طرح معماری هیچ محدودیتی ندارد و می‌توانید برای مثال دیوارهای ساختمان را به شکل منحنی یا طاق‌ها را گنبدی شکل طراحی کنید.

فکر می‌کنید با توجه به شرایطی که در داخل کشور وجود دارد ساخت سازه‌ای با استفاده از این فناوری در ایران چقدر هزینه داشته باشد؟

اساسا هزینه سازه‌هایی که به روش اتوماتیک ساخته می‌شود در مقایسه با سازه‌هایی که با دست و توسط کارگران ساختمانی بنا می‌شود به مراتب کمتر است. برای مثال وقتی لباسی را از بازار می‌خرید که با استفاده از دستگاه‌های اختصاصی برای این کار تولید شده در مقایسه با یک لباس دست دوز سفارشی هزینه کمتری خواهد داشت. در مورد ساختمان‌ها نیز همین طور است. خانه‌های امروزی با دست ساخته می‌شوند. در این روش جدید و نوآورانه ساخت بنا به ربات‌ها سپرده می‌شود. خودکار شدن مراحل ساخت به کاهش هزینه‌ها منجر می‌شود. به نظر می‌رسد در این شرایط با خودکار شدن فرآیند ساخت، هزینه ساخت و ساز به نصف کاهش پیدا کند.

این روزها در بسیاری از کلانشهرها مانند شهر تهران، انبوه‌سازی مورد توجه قرار گرفته است. آیا برای اجرایی شدن طرح سهولت خانه‌سازی با سازمانی در ایران مذاکره کرده‌اید؟

مدت‌ها پیش با وزارت مسکن ایران در این زمینه صحبت‌هایی داشتم. آنها از این طرح استقبال خوبی نشان دادند. موضوعی که مطرح شده این است که این فناوری حدود 20 اختراع ثبت شده دارد و از نظر دانشگاه کالیفرنیای جنوبی که هزینه ثبت اختراع‌ها را پرداخت کرده استفاده از این فناوری در جایی که قوانین بین‌المللی ثبت اختراع رعایت نمی‌شود مورد تائید قرار نمی‌گیرد. البته تحریم‌هایی که اکنون ایران با آن مواجه شده است نیز محدودیت بزرگی برای اجرایی شدن این طرح در ایران است. مجری این طرح یک شرکت آمریکایی است و برای این که بتوان از این فناوری در کشور دیگری استفاده کرد باید امکان مراودات اقتصادی وجود داشته باشد.

این خانه‌ها تا چه اندازه در برابر مخاطرات طبیعی مانند سیل یا زلزله ایمن هستند؟

باید توجه داشته باشید که استحکام هر سازه‌ای بیشتر به موادی که در ساخت آن مورد استفاده قرار می‌گیرد وابسته است. اگرچه طرح در نظر گرفته شده برای یک سازه هم می‌تواند نقش بسیار مهمی در افزایش مقاومت یک خانه داشته باشد. اما اساسا ایمن بودن خانه در برابر مخاطرات طبیعی تابع روش ساخت نیست. مهم نیست که چه کسی یک خانه را می‌سازد. اگر دیوار‌ها نازک باشد و ضخامت کافی نداشته باشد یا از مصالح ساختمانی نامناسب برای این کار استفاده شود خانه ساخته شده ضعیف است و نمی‌تواند ایمن باشد. اگر برای ساخت یک خانه دیوارها با ضخامت کافی ساخته شود و از بهترین مواد و مصالح ساختمانی استفاده شود سازه ساخته شده از استحکام کافی برخوردار بوده و ایمن است. ماشینی طراحی کرده‌ایم که بر اساس هر روشی که مورد نظر باشد ساختمان را می‌سازد. می‌توان از هر موادی در ساخت این بنا استفاده کرد. این ماشین نمی‌تواند موجب افزایش یا کاهش استحکام خانه شود بلکه آن خانه را بر اساس آنچه مورد نظر است می‌سازد. من از یک نظر می‌توانم خانه‌هایی که به این روش ساخته می‌شود را ضمانت کنم و آن هم این که ساختمان‌هایی که به این روش به طور خودکار ساخته می‌شود محکم‌تر است. می‌توان در این روش دیوارها را انحنادار طراحی کرد. هر ساختمانی که دیوارهای آن انحنا دار ساخته شود در مقایسه محکم تر است. برای مثال خانه‌های کاهگلی قدیمی مانند خانه بروجردی‌ها در کاشان قدمتی 200 ساله دارد. فکر می‌کنید چرا این بناها بعد از گذشت این همه سال همچنان پابرجا باقی مانده است؟ علت اصلی استحکام این بناها این است که در این بنا مجموعه‌ای از سطوح منحنی و طاق مانند یا گنبدی شکل دیده می‌شود. می‌توانید این ویژگی را با استفاده از یک برگ کاغذ امتحان کنید. اگر دو گوشه یک برگ کاغذ را از قسمت پایین نگه دارید و سعی کنید این کاغذ را به طور عمودی نگه دارید می‌بینید که کاغذ به طور عمودی قرار نمی‌گیرد و خم می‌شود. ضعیف ترین ساختارها، مسطح ترین آنها هستند. ما اکنون صد در صد ساختمان‌ها را به شکل ساختارهای مسطح می‌سازیم. ساخت بناهایی که سطوح منحنی دارند به مراتب سخت تر و با محدودیت‌هایی همراه است. وقتی فرمولی را برای ساخت یک بنا به ربات می‌دهید به هر شکلی که باشد آن را می‌سازد.

استفاده از چاپگرهای سه بعدی این روزها در سطح دنیا مورد توجه قرار گرفته است. آیا طرح‌های مشابهی برای ساختمان سازی در سطح دنیا ارائه شده است؟

گروه‌هایی در سطح دنیا کارهای مشابهی را در زمینه ساخت و ساز به کمک چاپگرهای سه بعدی انجام می‌دهند. یکی از این گروه‌ها یک شرکت چینی است که بخشی از کار ما را کپی کرده‌اند. آنها با عجله در حال اجرایی کردن این پروژه هستند. اما این روش درستی نیست. در روش چینی‌ها همه قطعات از داخل کارخانه ساخته و با جرثقیل به محل ساخت منتقل می‌شود. این روش گران‌تر از روش معمول است. بعضی شرکت‌ها در این زمینه کارهایی انجام داده‌اند که البته تاکنون هیچ یک از این شرکت‌ها به نتیجه نرسیده‌اند.

بعضی‌ها تصور می‌کنند انجام کارهای بزرگ به امکانات پیشرفته نیاز دارد. توصیه شما به این افراد چیست؟

اساسا باید امکانات اولیه‌ای وجود داشته باشد تا بتوان در این زمینه علمی کار تحقیقاتی انجام داد. اما حداقل‌ها همیشه وجود دارد. من اگر ایران بودم هم همین کارها را انجام می‌دادم. به نظرم پشتکار مهم‌تر از امکانات است. در مورد خودم این طور فکر می‌کنم نیروی محرکه‌ای که در من وجود داشته عامل اصلی رسیدن به اهدافی بوده که در ذهن داشته‌ام. وقتی ایده‌ای در ذهن دارم حتی با چنگ و دندان هم که شده منابع تحقق این ایده را به دست می‌آورم تا در نهایت این کار به نتیجه برسد.

فرانک فراهانی‌جم ‌/‌ گروه دانش