دکتر بهرخ خوشنویس، مجری این طرح از استادان رشته صنایع و مهندسی سیستم دانشگاه کالیفرنیای جنوبی است؛ او در حوزه مکاترونیک و رباتیک ایده های جالبی ارائه کرده است که شاید بتوان مهم ترین این ایده ها را سامانه های خودکار ساخت سازه های عمرانی دانست. خانه سازی در ماه یکی از طرح های عظیمی […]
دکتر بهرخ خوشنویس، مجری این طرح از استادان رشته صنایع و مهندسی سیستم دانشگاه کالیفرنیای جنوبی است؛ او در حوزه مکاترونیک و رباتیک ایده های جالبی ارائه کرده است که شاید بتوان مهم ترین این ایده ها را سامانه های خودکار ساخت سازه های عمرانی دانست. خانه سازی در ماه یکی از طرح های 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 ۴۰۰ نفر عضو این آکادمی هستند. با دکتر بهرخ خوشنویس گفت وگویی خواندنی داشته ایم.
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 می کردم این وضع موقتی است، اما با گذشت زمان بازگشت من اندکی سخت تر شد. به هر حال این طور نبود که از ابتدا برنامه ای برای ماندن در آمریکا داشته باشیم. اکنون در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی مشغول تدریس هستم.
زمینه اصلی فعالیت های پژوهشی شما در چه حوزه هایی بوده است؟
بیشتر در حوزه فناوری های ساخت یا به عبارتی Manufacturing Technologies فعالیت داشته ام. این فناوری ها در حوزه مکاترونیک قرار می گیرد. منظور از مکاترونیک سیستم های مکانیکی و الکترونیکی است که مجموعه ای از کارها را به طور اتوماتیک انجام می دهد. هدف اصلی من ایده ای برای ساخت و ساز به روش رباتیک بوده است. در طرح ارائه شده تحت عنوان سیستم ساخت پیرامونی، هدف دستیابی به روش های ارزان قیمت برای ایجاد سیستم هایی به منظور انجام طراحی های 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 ایده ای برای ساخت و ساز در ماه باشم. من فناوری را ارائه کردم که از قابلیت ساخت سازه های 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 نمی توان پیش بینی کرد اجرایی شدن این ایده چه مدت زمانی به طول می انجامد. به هر حال ما این کار را شروع کرده ایم.
در فاز سوم قرار است چه کارهایی انجام شود و فکر می کنید 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 بیابان های آریزونا منطقه ای وجود دارد که خاک آن شبیه ماه است. خاک این منطقه ماهیت آتشفشانی دارد و از نظر ویژگی ها و مشخصات شباهت زیادی به سطح ماه دارد. باید در این منطقه دستگاه هایی را که بر اساس سیستم ساخت پیرامونی طراحی شده قرار داده و نشان دهیم که این سیستم می تواند 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 محدودیت هایی مانند دسترسی نداشتن به آب و مصالح وجود دارد؛ برای حل این مشکلات چه راهکاری در نظر گرفته اید؟
از دو طریق می توان این محدودیت ها 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 می تواینم 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 می شود کار سیمان را انجام می دهد. بتونی که در سطح زمین از آن استفاده می کنیم 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 می چسباند. 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 می شود، باید قوی باشد. یکی از این چسب های قوی که می توانیم در ساختمان سازی از آن استفاده کنیم، گوگرد است که وقتی ذوب می شود از قدرت چسبندگی بالایی برخوردار است.
یعنی گوگرد نقش سیمان را دارد؟
وقتی می خواهید در سطح زمین سازه ای را بنا کنید، باید بتوانید شن و ریگ را به هم بچسبانید. برای این کار از سیمان و آب استفاده می کنید. از ترکیب آب و سیمان ماده خمیری به دست می آید که آبکی و چسبناک است؛ وقتی این ماده خمیری سفت می شود، می تواند شن ها را به هم بچسباند. اگر گوگرد را حرارت دهید نتیجه ماده خمیری شکلی است که می تواند جایگزین سیمان و آب شود. این ماده چسبناک است و می توانید شن را به آن اضافه کنید. پس از سرد شدن شن ها را به هم چسبانده و بنابراین دیگر برای ساختمان سازی در ماه یا مریخ به آب نیاز نداریم.
قرار است این بناها به چه شکلی و چطور ساخته شود؟
این سازه ها توسط ربات هایی که طراحی می کنیم ساخته می شود؛ این ربات ها روی سطح ماه یا مریخ به حرکت درمی آید. یک بازوی رباتیک داریم که به جسم قیف مانندی شبیه شیپور متصل می شود؛ در این قیف مواد ساختمانی تزریق می شود و به این ترتیب دیوارها لایه به لایه روی هم قرار می گیرد. فرآیند کار شبیه به آجرچینی است، با این تفاوت که در این طرح آجرها به هم پیوسته است و هیچ فاصله ای بین واحدهای ساختاری دیده نمی شود. ربات براساس طرحی این سازه را می سازد که از سطح زمین ارسال می شود و خودش بر این اساس سازه مورد نظر را مطابق طرح در نظر گرفته شده می سازد.
سازه بنا شده به این روش از نظر استحکام چگونه است؟
بر اساس بررسی ها و مطالعات انجام شده این سازه از نظر استحکام نیازهای ناسا را برآورده می کند. بر اساس این پروژه ما به سطح به عنوان فرودگاه نیاز داریم که همه فضاپیماها می توانند روی این سطح فرود آیند. یک جاده نیاز داریم که می تواند این فضاپیما ها را به محل قرارگاه منتقل کند؛ در محلی که به عنوان قرارگاه ساخته می شود به آشیانه هایی شبیه به آشیانه هواپیما نیاز داریم که فضاپیماها و دستگاه هایی که به سطح ماه یا مریخ منتقل می شود در این آشیانه ها نگهداری می شود. 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 می تواند بسیار مضر باشد و خیلی چیزها از جمله فضاپیما ها یا تاسیساتی را که به ماه منتقل خواهیم کرد در معرض آسیب های 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 ۱۴۰ درجه سانتی گراد می رسد که دمای بالایی است. این در حالی است که در سایه ماه دمای هوا به ۱۴۰ درجه سانتی گراد زیر صفر می رسد. در سطح زمین چنین اختلاف درجه حرارت هایی دیده نمی شود. 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 دستگاه ها باید چنین شرایطی را مهیا کنیم. در این مرحله از پروژه ساختمان سازی در ماه یا مریخ هدف ما بردن انسان ها و ایجاد شرایطی برای سکونت آنها نیست. هدف ما آماده کردن امکاناتی است که باید پیش از فرستادن انسان ها چنین امکاناتی را فراهم کنیم. در این مرحله مجموعه دستگاه هایی را به ماه منتقل می کنیم تا شروع به کار کنند تا بعد ها بتوان از این امکانات استفاده کرد. در ادامه لازم است ایستگاه های ارتباطی ساخته شود و تلسکوپ و تجهیزات دیگری در این ایستگاه مستقر شود. این ساختمان ها سازه هایی نیست که انسان ها بتوانند در آن زندگی کنند. سازه هایی که برای سکونت انسان ها ساخته می شود باید از ویژگی های اختصاصی برخوردار باشد. لازم است امکاناتی فراهم کرد تا در فضای داخلی این سازه ها هوا وارد شود. همچنین باید این سازه ها آب بندی شود. در این مرحله ساخت چنین سازه هایی مورد نظر ما نیست. ساختمان هایی که برای سکونت انسان ها در نظر گرفته می شود، در مراحل بعدی این پروژه ساخته خواهد شد.
فکر می کنید محقق شدن چنین ایده ای چه مدت زمانی به طول خواهد انجامید؟
بستگی به میزان سرمایه گذاری 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 سال ها به طول می انجامد. اما اگر برای ساخت چنین خانه ای چند نفر همکاری داشته باشند کار سریع تر انجام خواهد شد. در پروژه های تحقیقاتی نیز همین طور است. اگر چند گروه به طور همزمان در اجرای یک پروژه تحقیقاتی همکاری داشته باشند طبیعی است این کار سریع تر پیش می رود. بنابراین همه چیز به این همکاری ها بستگی دارد.
از ماه به زمین بازمی گردیم. یکی از ایده هایی که مطرح کرده اید طرح سهولت خانه سازی در زمین به کمک چاپگرهای سه بعدی است. این طرح در چه مرحله ای است؟
در حقیقت این طرح نیز استفاده از مفهوم مشابهی برای ساختمان سازی 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 فناوری های دیگری هم در این پروژه استفاده می شود؟
کار اصلی ساخت و ساز از طریق چاپگرهای سه بعدی انجام می شود. برای دیگر مراحل کار مانند لوله کشی و سیم کشی، سیستم های رباتیک و خودکار در نظر گرفته شده است. برای کارهای دیگری مانند کاشی کاری نیز سیستم های خودکاری را در نظر گرفته ایم. کارهای دیگری نظیر نازک کاری و گچ کاری نیز به سیستم های خودکار واگذار خواهد شد. البته تحقیق درباره این سیستم ادامه دارد. این طرح هنوز عملی نشده و من امیدوارم در آینده ای نزدیک تجاری سازی آغاز شود.
یکی از ویژگی های این پروژه امکان ساخت خانه در ۲۴ ساعت است. آیا خانه ای که در ۲۴ ساعت ساخته می شود، استانداردهای ساخت و ساز در آن رعایت خواهد شد؟
از آنجا که در این طرح همه کارها به طور اتوماتیک انجام می شود. زمان کار کوتاه تر است هیچ محدودیتی در مراحل ساخت و ساز وجود ندارد. ربات ها سریع و دقیق هستند و هرگز احساس خستگی نمی کنند. ربات ها استراحت نمی کنند و به همین دلیل همه کارها بسرعت پیش می رود. اما این ویژگی ها هیچ تضادی با رعایت استانداردهای ساخت وساز ندارد. تفاوت اصلی این طرح در مقایسه با ساختمان سازی به شیوه معمول این است که کارها به شیوه رباتیک انجام می شود.
به نظر شما می توان 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 شرکت های 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 ویژگی های بسیار خوب این فناوری این است که از نظر طرح معماری هیچ محدودیتی ندارد و می توانید برای مثال دیوارهای ساختمان را به شکل منحنی یا طاق ها را گنبدی شکل طراحی کنید.
فکر می کنید با توجه به شرایطی که در داخل کشور وجود دارد ساخت سازه ای با استفاده از این فناوری در ایران چقدر هزینه داشته باشد؟
اساسا هزینه سازه هایی که به روش اتوماتیک ساخته می شود در مقایسه با سازه هایی که با دست و توسط کارگران ساختمانی بنا می شود به مراتب کمتر است. برای مثال وقتی لباسی را از بازار می خرید که با استفاده از دستگاه های اختصاصی برای این کار تولید شده در مقایسه با یک لباس دست دوز سفارشی هزینه کمتری خواهد داشت. در مورد ساختمان ها نیز همین طور است. خانه های امروزی با دست ساخته می شوند. در این روش جدید و نوآورانه ساخت بنا به ربات ها سپرده می شود. خودکار شدن مراحل ساخت به کاهش هزینه ها منجر می شود. به نظر می رسد 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، انبوه سازی مورد توجه قرار گرفته است. آیا برای اجرایی شدن طرح سهولت خانه سازی با سازمانی در ایران مذاکره کرده اید؟
مدت ها پیش با وزارت مسکن ایران در این زمینه صحبت هایی داشتم. آنها از این طرح استقبال خوبی نشان دادند. موضوعی که مطرح شده این است که این فناوری حدود ۲۰ اختراع ثبت شده دارد و از نظر دانشگاه کالیفرنیای جنوبی که هزینه ثبت اختراع ها را پرداخت کرده استفاده از این فناوری در جایی که قوانین بین المللی ثبت اختراع رعایت نمی شود مورد تائید قرار نمی گیرد. البته تحریم هایی 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 خانه ها تا چه اندازه در برابر مخاطرات طبیعی مانند سیل یا زلزله ایمن هستند؟
باید توجه داشته باشید که استحکام هر سازه ای بیشتر به موادی که در ساخت آن مورد استفاده قرار می گیرد وابسته است. اگرچه طرح در نظر گرفته شده برای یک سازه هم می تواند 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 می سازد. اگر دیوار ها نازک باشد و ضخامت کافی نداشته باشد یا از مصالح ساختمانی نامناسب برای این کار استفاده شود خانه ساخته شده ضعیف است و نمی تواند 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 کرده ایم که بر اساس هر روشی که مورد نظر باشد ساختمان را می سازد. می توان از هر موادی در ساخت این بنا استفاده کرد. این ماشین نمی تواند موجب افزایش یا کاهش استحکام خانه شود بلکه آن خانه را بر اساس آنچه مورد نظر است می سازد. من از یک نظر می توانم خانه هایی که به این روش ساخته می شود را ضمانت کنم و آن هم این که ساختمان هایی که به این روش به طور خودکار ساخته می شود محکم تر است. می توان در این روش دیوارها را انحنادار طراحی کرد. هر ساختمانی که دیوارهای آن انحنا دار ساخته شود در مقایسه محکم تر است. برای مثال خانه های کاهگلی قدیمی مانند خانه بروجردی ها در کاشان قدمتی ۲۰۰ ساله دارد. فکر می کنید 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 مجموعه ای از سطوح منحنی و طاق مانند یا گنبدی شکل دیده می شود. می توانید 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 می بینید که کاغذ به طور عمودی قرار نمی گیرد و خم می شود. ضعیف ترین ساختارها، مسطح ترین آنها هستند. ما اکنون صد در صد ساختمان ها را به شکل ساختارهای مسطح می سازیم. ساخت بناهایی که سطوح منحنی دارند به مراتب سخت تر و با محدودیت هایی همراه است. وقتی فرمولی را برای ساخت یک بنا به ربات می دهید به هر شکلی که باشد آن را می سازد.
استفاده از چاپگرهای سه بعدی این روزها در سطح دنیا مورد توجه قرار گرفته است. آیا طرح های مشابهی برای ساختمان سازی در سطح دنیا ارائه شده است؟
گروه هایی در سطح دنیا کارهای مشابهی را در زمینه ساخت و ساز به کمک چاپگرهای سه بعدی انجام می دهند. یکی از این گروه ها یک شرکت چینی است که بخشی از کار ما را کپی کرده اند. آنها با عجله در حال اجرایی کردن این پروژه هستند. اما این روش درستی نیست. در روش چینی ها همه قطعات از داخل کارخانه ساخته و با جرثقیل به محل ساخت منتقل می شود. این روش گران تر از روش معمول است. بعضی شرکت ها در این زمینه کارهایی انجام داده اند که البته تاکنون هیچ یک از این شرکت ها به نتیجه نرسیده اند.
بعضی ها تصور می کنند انجام کارهای بزرگ به امکانات پیشرفته نیاز دارد. توصیه شما به این افراد چیست؟
اساسا باید امکانات اولیه ای وجود داشته باشد تا بتوان در این زمینه علمی کار تحقیقاتی انجام داد. اما حداقل ها همیشه وجود دارد. من اگر ایران بودم هم همین کارها را انجام می دادم. به نظرم پشتکار مهم تر از امکانات است. در مورد خودم این طور فکر می کنم نیروی محرکه ای که در من وجود داشته عامل اصلی رسیدن به اهدافی بوده که در ذهن داشته ام. وقتی ایده ای در ذهن دارم حتی با چنگ و دندان هم که شده منابع تحقق این ایده را به دست می آورم تا در نهایت این کار به نتیجه برسد.
منبع : جام جم
