-بقلم: ميريس ويش، أخبار جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية

كان موضوع برنامج الإثراء الشتوي للعام 2019 في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية هو "الزمن". وقد مثل البرنامج فرصة مناسبة للجامعة لاستقبال أعضاء مجموعة مكلارين في الحرم الجامعي، لمناقشة الشراكة البحثية التي وُقّعت اتفاقيتها حديثاً بين كاوست وماكلارين.

يقول جوناثان نيل، المدير الأعلى للعمليات في مجموعة ماكلارين: "مما لا شك فيه أن ماكلارين تنشط في مجال معالجة الزمن". ويؤكّد نيل، الذي كان يتحدث في محاضرة ألقاها في برنامج الإثراء الشتوي للعام 2019، أن لدى ماكلارين رايسينغ McLaren Racing ومجموعة ماكلارين التكنولوجية McLaren Technology Group، عنصراً مشتركاً يؤخذ بالاعتبار – آلا وهو الأداء.

ويقول نيل: "تبنى الفرق الكبرى والبطولات الكبرى على شراكات كبرى. ونحن نتطلع إلى الاستفادة من الأفكار المتقدمة التي وجدناها هنا في كاوست، من خلال تطبيقها وجعلها حقيقةً ملموسة في فترة زمنية قصيرة جداً".

ومن جهته، يقول مارك بارنيت، رئيس الاستراتيجية في ماكلارين رايسينغ: "نحن متحمسون جداً لهذه الشراكة، فهي تفتح لنا الكثير من الآفاق. فشراكتنا مع جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية توفّر لماكلارين إمكانية الاستفادة من باحثين عالميين مرموقين ومرافق بحثية من طراز دولي".

ضغوط الزمن

ويعد عالم سباقات الفورمولا 1 بيئةٌ متطورة ومتطلبة من الناحية التكنولوجية. وأحد الأمور التي تميزه عن غيره من رياضات السيارات، هو أن فرق السباقات يجب أن تمتلك وتخلق الملكية الفكرية الخاصة بها. وتمثل كل سيارة حصيلة أبحاث الفريق وجهوده وفقاً لمجموعة معينة من لوائح الاتحاد الدولي للسيارات FIA، الجهة المنظمة لسباقات F1.

وعلى كل سيارة في شبكة الانطلاق، أن تحتوي على 110 كيلو من الوقود من بداية السباق وحتى نهايته. فالاختلاف الحاسم الذي يحدد الأداء، يمكن أن يقرره تحسين توقيت الاحتراق في المحرك. كما أنّ هناك فارقاً في الأداء يبلغ 4 بالمئة فقط بين أفضل وأسوأ مركبة سباق في شبكة الانطلاق. وإنّ ما يفصل بين السيارات الست الأعلى هو نسبة 0.15 بالمئة من الأداء.

ويوضح نيل: "إنه مكسب هامشي. عندما نبحث عن التحسين المستمر في البحوث عالية السرعة، فإننا نبحث عن التحسينات في كل مكان وفي أي شيء، وبالدرجة التي نودّ فيها أن نحافظ على تقدّمنا في المنافسة".

العلوم الأساسية كميزة تنافسية

من أجل اكتساب ميزة تنافسية والحفاظ عليها، يتوجّب على ماكلارين أن تكون جيدة أساساً في كل الميادين. وهذا يعني إتقان الديناميكا الهوائية (الأيروديناميكا)، وتكوين المواد، وتركيب الوقود، والديناميكا الحرارية (الثيرموديناميكا)، والأنظمة الهيدروليكية، وتقنيات أجهزة الاستشعار، وغيرها.

يقول بارنيت: "الطريق إلى ذلك الإتقان، هو الاستفادة من البحوث العلمية الأساسية، فنحن بحاجة إلى مواصلة الابتكار والتكيف ومواصلة البحث عن الميزة التالية التي تتيح لنا التفوق".

ويجري حالياً العمل على مشروعين ضمن إطار شراكة كاوست - ماكلارين. يركز الأوّل على تقنيات ديناميكيات السوائل الحاسوبيّة المتقدمة CFD بقيادة البروفيسور ماتيو بارساني، عضو مركز أبحاث الحوسبة الفائقة ECRC وأستاذ مساعد في كاوست؛ أما المشروع الثاني، فيركز على تصميم الوقود، بقيادة البروفيسور ماني ساراثي، الأستاذ المساعد والمدير المساعد لمركز أبحاث الاحتراق النظيف CCRC، وبالتعاون مع شركة "بتروبراس"، شريك وقود شركة ماكلارين.

ديناميكا الموائع الحسابية

ويوضح بارساني أن "الديناميكيات الهوائية لسيارة فورمولا 1 متقدمة للغاية. ولعلّها أكثر الأجسام الأيروديناميكية تقدماً التي أعرفها. إنها تتفوق حتى على الطائرات التجارية؛ إذ إنها تصل لمستوى الطائرات المقاتلة. فنحن نعمل مع ماكلارين على تعزيز التصميم الأيروديناميكي للجيل المقبل من سيارات فورمولا 1".

ويعمل بارساني، الذي يمتلك خلفيّة في هندسة الطيران، على تقنية مبتكرة لتحسين الخصائص الأيروديناميكية للجناح الأمامي لسيارة الفورمولا 1 ونهايتها. والهدف هو تقليل جزء من الثانية في اللفة الواحدة. فإذا كان الباحثون جيدين جداً، قد يتراوح زمن اللفة بين 0.05 إلى 0.1 ثانية. ويمكن ترجمة هذا التحسن التدريجي، على معدل 50 لفة في السباق، إلى تقليص بضع ثوان فقط، وهو ما يمكن أن يكون الفرق بين المتسابقين الذين يحتلون المركز العاشر والخامس والأول.

ويعد الهدف الرئيسي تطوير برنامج أكثر دقة وأسرع من البرامج التجارية والمفتوحة المصدر. والمسار الذب=ي يسلكه بارساني لتحقيق ذلك- بالتعاون مع الدكتور لسياندرو دالسين الباحث في مركز أبحاث الحوسبة الفائقة في كاوست- يتم من خلال حل مجموعة معادلات فيزيائية باستخدام خوارزميات رقمية متطورة، بالاستعانة بحاسوب شاهين XC40 الفائق في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية، لمحاكاة التدفق حول سيارة السباق.

ويتطلب الأمر استخدام المزيد من الخوارزميات المتقدمة ذات الخصائص الأفضل، لضمان فعالية حل مشكلة التدفق حول الجسد. ويقول بارساني: "يتمركز بحثي والشراكة مع ماكلارين حول تعزيز هذه الخوارزميات واستخدامها، للتحقيق في أيروديناميكيات سيارات سباق F1 وتحسينها".

تركيب الوقود

منذ العام 2014، بدأت سيارات الفورمولا 1 تعمل بمحركات هجينة، أي أنها ذات محرك احتراق داخلي مقرون ببطارية ومحرك كهربائي. وتطوير الوقود عنصر أساسي في تحسين أداء محرك الاحتراق.

ويتطلب دفع المحرك إلى حدوده القصوى، فهماً عميقاً للمزج وللتفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل غرفة الاحتراق. من منظور العلوم الأساسية، فإنّ مركز أبحاث الاحتراق النظيف في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية يزوّد ماكلارين بخبرات مهمّة. ويوضح سارثي: "لدينا مرافق تجريبية يمكن استخدامها لدراسة احتراق أنواع الوقود المختلفة في ظروف مختلفة. ويمكننا أيضاً في مختبراتنا مقاربة الظروف الثيرموديناميكية لهذه المحركات المتقدمة جدا. الأمر الذي يعد إجتماعه في مكان واحد، أمراً نادر الحدوث".

ويقول جوناثان نيل: "نريد تركيبةً بأفضل جزيئات الوقود، مخلوطةً بطريقة تعطينا أفضل احتراق فعّال ممكن".

شراكة مفيدة للطرفين

إن ميزة العلوم الأساسية التي تقدمها كاوست إلى شراكتها مع ماكلارين، من خلال تحسين مقاييس الكمية والأتمتة والذكاء الاصطناعي، التي تساهم في تحسين نطاق وجودة البيانات التي تستخدمها ماكلارين في اتخاذ قرارات فعالة بشكل كبير.

بالنسبة لباحثي كاوست، فإن الشراكة مع مكلارين رايسينغ تمثّل فرصة للعمل على المختبر الواقعي لسيارة فورمولا 1 ومحركها. هذه البيئة القاسية تسمح لأعضاء هيئة تدريس الجامعة وعلمائها وطلبتها، اختبار حدود العلم ودفعها.

ويقول سارثي: "علينا تشجيع عقولنا الشابة على التفكير أيضاً في أن العلم والهندسة ليستا فقط جلوساً في مكتبك وكتابة مقالات. بل هي أيضاً مساعدة فريق مثل مكلارين على الفوز ببطولة عالمية. ومن المثير أن يعمل المرء على فورمولا 1، فهي رياضة السيارات الأكثر مشاهدة في العالم".

ويختتم نيل: "نحن نبني نجاحاتنا على جهود أناس ينجزون علوماً استثنائية... ولهذا السبب نحن هنا في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية... نحن فخورون جداً ومحظوظون بأن نكون هنا".