حياة خالية من البلاستيك.. الذكاء الاصطناعي يمكن المساعدة في تنظيف البحار والأنهار والمحيطات من البلاستيك

 الأراضي المقدسة الخضراء / GHLands

لقد تغلغلت النفايات البلاستيكية في محيطاتنا، مهددةً الحياة البحرية، ومُخلّةً بالنظم البيئية، ومؤثرةً على الاقتصادات العالمية. وعلى مدى عقود، واجهت محاولات حل هذه الأزمة صعوباتٍ بالغة نظرًا لحجم المشكلة الهائل وتعقيد العمل في بيئات متغيرة باستمرار.

والآن، تبرز قوة جديدة ضاربة لمواجهة هذا التحدي بشكل مباشر: الذكاء الاصطناعي. وتقدم دراسة جديدة ثورية طريقةً رائدةً لتعزيز جهود تنظيف المحيطات .

وتُظهر الأبحاث كيف يمكن لخوارزميات الذكاء الاصطناعي زيادة كفاءة إزالة البلاستيك بنسبة تزيد عن 60 % – وهي قفزة كبيرة تجعل حلم المحيطات الخالية من البلاستيك أقرب إلى الواقع.

نُشرت الدراسة في مجلة Operations Research .

الذكاء الاصطناعي قد يُحدث ثورة في تنظيف المحيطات

حتى الآن، اعتمدت جهود تنظيف المحيطات على استراتيجيات توجيه يدوية وبسيطة نسبيًا. وكانت السفن التي تجرف البلاستيك العائم تتبع مسارات مستقيمة، غالبًا دون التكيف مع تغير كثافات البلاستيك أو تقلبات الطقس.

هذا البحث الجديد، الذي أُجري بين عامي ٢٠٢٢ و٢٠٢٤، يُعيد تصور هذه العملية جذريًا، طوّر الفريق نموذج تحسين ديناميكيًا غير خطي، يُحدد أكثر مسارات جمع البلاستيك فعالية في ثوانٍ، حتى عند إدارة مساحات شاسعة من المحيطات.

تأخذ هذه الطريقة في الاعتبار التغيرات في كثافة البلاستيك، وأنماط الطقس، وتأثير النظام نفسه على البيئة، مما يؤدي إلى تحقيق نتائج محسنة بشكل كبير دون زيادة تكاليف التشغيل.

قال ديك دن هيرتوج من جامعة أمستردام : “بفضل التحليلات، يُمكننا تحسين جهود إزالة البلاستيك من المحيط بشكل كبير”. وأضاف : “بتحسين المسارات آنيًا، نضمن أن تجمع كل عملية تنظيف أكبر قدر ممكن من البلاستيك، مما يزيد فعالية عمليات التنظيف بشكل ملحوظ”.

النفايات البلاستيكية في الأنهار

نماذج الذكاء الاصطناعي تجد مسارات لإزالة البلاستيك

يعتمد هذا الابتكار على نموذج رياضي متطور. صاغ الباحثون مشكلة التوجيه كمشكلة “أطول مسار” في رسم بياني يمثل المحيط، حيث تُمثل العقد مواقعها، وتُمثل الحواف التحركات الممكنة بينها.

لم يكن التحدي يقتصر على التنقل من نقطة إلى أخرى، بل كان يتمثل في تعظيم جمع البلاستيك بمرور الوقت، كان لكل قرار يتعلق بوجهة السفن تأثير على توزيع البلاستيك مستقبلًا ، مما خلق مشكلة تحسين غير خطية شديدة التعقيد.

لمعالجة هذه المشكلة، صمم الفريق أسلوب بحث وتقييد مدعومًا ببرمجة ديناميكية. تمكّن نظامهم من إيجاد حلول عالية الجودة في حدود 6% من الحد الأمثل النظري عمليًا.

في مجموعة بيانات لمدة عام لظروف المحيطات وكثافات البلاستيك، أدى التوجيه المدعوم بالذكاء الاصطناعي إلى زيادة كفاءة جمع البلاستيك بنسبة تزيد عن 60% مقارنة بالطرق التقليدية.

تلوث المحيطات بالبلاستيك يحتاج إلى حلول جديدة

وصل تلوث المحيطات بالبلاستيك إلى مستويات كارثية، تشير التقديرات الأخيرة إلى وجود أكثر من 170 تريليون جزيء بلاستيكي عائم في البحر. ورغم النقاشات العالمية حول تغير المناخ، لا يزال تلوث المحيطات بالبلاستيك يمثل أزمة ملحة، وإن كانت غالبًا ما تُغفل.

قال جان باوفيليت من كلية لندن للأعمال : “يُظهر عملنا أن الذكاء الاصطناعي وبحوث العمليات لا يقتصران على التمويل أو التكنولوجيا فحسب – بل يمكنهما حل التحديات البيئية بشكل فعال”.

“بفضل التحليلات الأكثر ذكاءً، يمكننا أن نجعل جهود تنظيف المحيطات أكثر فعالية ونقترب من مستقبل خالٍ من البلاستيك.”

التوقيت بالغ الأهمية. لا تزال انبعاثات البلاستيك القديمة موجودة في دوامات المحيطات، مثل رقعة القمامة الكبرى في المحيط الهادئ، حيث تبلغ كثافة البلاستيك عشرين ضعف كثافة البحار المحيطة.

وبدون تدخل قوي، فإن تراكم البلاستيك سيستمر في الارتفاع بنسبة أربعة في المائة كل عام.

العبوات البلاستيكية تسيطر على بحار ومحيطات العالم

تستخدم مهام تنظيف المحيطات الذكاء الاصطناعي بالفعل

وعلى النقيض من العديد من الابتكارات الأكاديمية التي تظل حبيسة النظرية، فقد انتقل نموذج الذكاء الاصطناعي هذا بسرعة إلى التطبيق في العالم الحقيقي.

قامت منظمة “تنظيف المحيطات” بدمج خوارزمية التوجيه في برنامجها التشغيلي، وتُظهر عمليات النشر النشطة في المحيط الهادئ تحسينات ملموسة، مما يُساعد فرق العمل على استخراج كميات أكبر من النفايات مع تقليل وقت التوقف.

ويستخدم النظام سفينتين تسحبان شاشة كبيرة على شكل حرف U لالتقاط البلاستيك دون احتجاز الحياة البحرية.

وتدعم المبادرة بشكل مباشر هدف التنمية المستدامة رقم 14 للأمم المتحدة (الحياة تحت الماء) من خلال تعزيز كفاءة عمليات التنظيف دون الحاجة إلى بنية تحتية جديدة واسعة النطاق.

الذكاء الاصطناعي يساعد في التغلب على تحديات الطقس

من الاكتشافات الرائعة التي توصلت إليها الدراسة تأثير التغيرات الموسمية على فعالية عمليات التنظيف. فخلال فصل الشتاء، عندما تُعطل الأمواج العالية العمليات بشكل متكرر، حقق نموذج الذكاء الاصطناعي تحسينات أكبر مقارنةً بالطرق التقليدية.

أثبتت قدرة النموذج على التنبؤ بالظروف الجوية الصعبة والتكيف معها أهميتها البالغة. فبدون تحسين، قد يُعيق وقت الفراغ خلال سوء الأحوال الجوية جهود جمع النفايات. في المقابل، ضاعف النهج القائم على الذكاء الاصطناعي كفاءة جمع البلاستيك في الأشهر الأكثر قسوة مقارنةً بالاستراتيجيات القديمة.

تُبرز هذه النتيجة أن تعظيم كفاءة التنظيف لا يقتصر على زيادة عدد السفن أو زيادة حجم الشباك. فالتخطيط الذكي الذي يتوقع العوائق البيئية يُمكن أن يُحدث فرقًا بالغ الأهمية.

تحسين الأنظمة لإزالة البلاستيك بشكل أسرع

وإلى جانب تعزيز عمليات التنظيف الحالية، استكشف الباحثون أيضًا كيف يمكن لنموذج التحسين الخاص بهم أن يفيد تطوير التكنولوجيا في المستقبل.

قيّمت الدراسة خيارين تصميميين رئيسيين: زيادة مساحة نظام جمع البلاستيك، وتقليل الوقت اللازم لإجراء عمليات الاستخلاص. ورغم أن توسيع مساحة التجميع حقق بعض المكاسب، إلا أنه سرعان ما واجه عوائد متناقصة، خاصةً خلال المواسم العاصفة التي تندر فيها فرص الاستخلاص.

في المقابل، كان لتحسين كفاءة الاستخلاص – مثل تقصير الوقت اللازم لتفريغ البلاستيك المُجمع – تأثيرٌ أكبر بكثير. فتقليص وقت الاستخلاص ببضع ساعات فقط قد يُضاعف معدلات الجمع الأسبوعية في الصيف، ويرفع معدلات الجمع في الشتاء بأكثر من 60%.

قال برونو سانت روز من منظمة “تنظيف المحيطات”: “يُثبت بحثنا أن التحسين المُعتمد على الذكاء الاصطناعي يُمكن أن يُحدث نقلة نوعية في الجهود البيئية. هذه خطوة ملموسة نحو حل إحدى أكثر الأزمات البيئية إلحاحًا على كوكب الأرض”.

النفايات البلاستيكية تغمر المحيط والبحر

الذكاء الاصطناعي يمكن أن يعزز عمليات التنظيف خارج المحيطات

تتجاوز الدروس المستفادة من هذا العمل تنظيف المحيطات. يُظهر البحث أن تقنيات تحسين الذكاء الاصطناعي قادرة على تعزيز أثر المبادرات البيئية القائمة بشكل جذري.

تُشكك الدراسة في فكرة أن حل المشكلات البيئية العالمية يتطلب دائمًا استثمارات ضخمة. بل إن التنسيق الأذكى، وتحسين استخدام البيانات، واتخاذ القرارات التكيفية الآنية، كلها عوامل كفيلة بتحقيق نتائج ملموسة بالموارد المتاحة.

من خلال تطوير أدوات وأطر عمل مفتوحة المصدر، يضمن فريق البحث أيضًا إمكانية تكييف ابتكاراتهم لمهام أخرى. سواءً أكانت تنظيف شبكات الأنهار، أو الاستجابة لانسكابات النفط، أو إدارة لوجستيات التعافي من الكوارث، فإن المبادئ التي يقوم عليها نموذج الذكاء الاصطناعي هذا واعدة للغاية.

نحو مستقبل خالٍ من البلاستيك

تُمثل المحيطات نظام دعم الحياة على الأرض، فهي تُنظم المناخ، وتوفر الغذاء، وتدعم أنظمة بيئية لا تُحصى. ومع ذلك، فهي مُعرّضة لتهديد غير مسبوق من التلوث البلاستيكي.

يُظهر هذا العمل الرائد أن الذكاء الاصطناعي قادر على تغيير الموازين. فمن خلال دمج التحسين الفوري مع العمل البيئي، يتحول حلم المحيطات الخالية من البلاستيك من المثالية إلى واقع عملي.

إن العلم والتكنولوجيا وحل المشكلات الرؤيوية تعمل الآن جنبًا إلى جنب لعلاج القلب الأزرق لكوكبنا.