خريجو جامعة خليفة من برنامج الدكتوراه في الهندسة 2020 يستعدون لمواجهة التحديات العالمية الصعبة بحلول هندسية متميزة

يستعد خريجو جامعة خليفة من برنامج الدكتوراه في الهندسة للعام 2020 لمواجهة المشكلات العالمية الملحة والتي تتعلق بالمناخ والرعاية الصحية والمياه.

وقد استطاع ما مجموعه 17 طالباً وطالبة برنامج الدكتوراه اجتياز مناقشة رسالة الدكتوراه ليتم دخول هذه المجموعة من الخريجين الأكفاء والمزودين بأفضل المهارات إلى سوق العمل مجهزين للريادة بإبداع وتفان، وهما القيمتان اللتان تحرص عليهما جامعة خليفة في إعداد طلبتها واللازمتان للتغلب على قضايا البيئة المليئة بالتحديات والتي سببها فيروس كوفيد-19، إضافة لتحديات القرن الواحد وعشرين.

وتجسدت المخرجات البحثية لخريجي الهندسة في نشر ما يقارب 55 ورقة بحثية في مجلات علمية مرموقة ومؤتمرات، إضافة لبعض براءات الاختراع وعدد كبير من الاعتمادات.

وفي هذه المناسبة، قال الدكتور عارف سلطان الحمادي، نائب الرئيس التنفيذي لجامعة خليفة: "نفخر بطلبتنا الذين أنهوا متطلبات برنامج الدكتوراه والذين تعكس جودة بحوثهم تميز برنامج الدكتوراه في الجامعة والذي يغطي العديد من التخصصات المتنوعة لإعداد خريجين مؤهلين لإيجاد الحلول الهندسية الابتكارية للقضايا العالمية الملحة، حيث يساهم هؤلاء الطلبة بشكل فعال في تعزيز الإنتاجية البحثية في الجامعة، كما يساهمون في دعم عملية تحول أبوظبي إلى الاقتصاد المبني على المعرفة في جميع القطاعات المعتمدة على الابتكار وهم من سيواصلون مسيرة بناء المستقبل المستدام لدولة الإمارات والعالم بشكل عام".

وخلال بحثهم الأكاديمي، تناول طلبة الدكتوراه العديد من التحديات الصعبة والمتعلقة بأهم القطاعات الاقتصادية في الدولة بهدف معالجتها، بما في ذلك قطاع الطاقة المتجددة والمياه والبيئة والصحة والروبوتات.

وساهمت إنجازات الطلبة العلمية وابتكاراتهم في مجال الهندسة في تحقيق تكنولوجيات الطاقة الشمسية المتقدمة والفعالة وأفضل الأساليب المتبعة في تحسين نوعية الأدوية الطبية وتشخيص الأمراض والنماذج التي تحد من استهلاك الطاقة والروبوتات المتخصصة بعمليات البحث والإنقاذ كخط دفاع أول في الكوارث، إضافة لتطوير الأغشية التي تعمل على تنقية مياه البحر بشكل فعال والعديد من الإنجازات.

وفيما يلي بعض من أبرز الموضوعات البحثية التي قام بها خريجو برنامج الدكتوراه في الهندسة للعام 2020:

الطاقة المتجددة:

يعتبر تطوير مصادر الطاقة المتجددة الفعالة لتلبية المتطلبات العالمية المتزايدة من الطاقة المستدامة من أهم التحديات في العصر الحالي، حيث ركز العديد من طلبة جامعة خليفة، بما فيهم طالب الدكتوراه هاري أبوستوليريس، على هذه المشكلة من خلال البحث العميق في الطرق الحديثة التي تساهم في تحقيق الاستفادة التامة من الطاقة الشمسية لتوليد الطاقة الكهربائية النظيفة.

وقام هاري بالبحث في تكنولوجيات الطاقة الشمسية والتي تتمثل في مركزات الطاقة الكهروضوئية والتي تتضمن تركيز الأشعة الشمسية في الخلايا الشمسية ذات الفعالية، بالإضافة إلى قيام هاري تحت إشراف الدكتور ماتيو تشيزا، أستاذ الهندسة الميكانيكية، بإجراء دراسة مكثفة للوضع الاقتصادي الحالي لمصادر الطاقة الكهروضوئية، حيث قام بتقييم مداها التقني وناقش ضرورة إعطاء الأولوية للاستفادة القصوى من مصادر الطاقة الشمسية من خلال اتباع الأنظمة الحديثة في جمع الطاقة الشمسية، كما قام بإجراء عدد من الدراسات العملية لفهم انقسام الضوء في أنطمة الطاقة الكهروضوئية في التطبيقات المختلفة والتي تشمل الزراعة والصناعة وتحلية المياه.

ويعتبر بحث طالب الدكتوراه هاري حلقة وصل بين البحث الهندسي الأكاديمي والتطبيق الصناعي، مع تركيزه على الارتقاء بثورة الطاقة المتجددة إلى مراحل لاحقة، وقد نتج عن بحثه إصدار كتاب واحد وأربعة مقالات بحثية علمية تم نشرها في مجلات مرموقة كمجلة (نيتشر إينيرجي)، إضافة لإصدار خمس أوراق بحثية في مؤتمرات عدة.

وتشكل عملية إنتاج الطاقة الشمسية المتجددة أهمية كبيرة تضاهي أهمية نقلها وتوزيعها على المنازل والمنشآت التجارية عبر شبكات الطاقة الكهربائية التي تؤثر عليها طبيعة الطاقة المتجددة المتغيرة، مما يتطلب أن تتوفر فيها المرونة اللازمة للتكيف مع هذه المتغيرات.

من جهة أخرى، قام طالب الدكتوراه براء مهندس وتحت إشراف الدكتور محمد شوقي المرسي، أستاذ الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر، ببحث الطرق التي تساهم في تحسين مرونة شبكات الطاقة مع التركيز على برامج الاستجابة للطلب من خلال التعرف على أوجه القصور في النظم الحالية وإنشاء عقد ذكي لتحقيق الاستفادة بالنسبة لقطاع الإسكان، إضافة لتصميم إطار عمل جديد لمصادر الطاقة المتجددة والذي قد يحد من سرعة المتغيرات على صعيد محطات الطاقة المتجددة.

وقام طالب آخر بالبحث في كيفية تحسين إنتاج الهيدروجين والذي يعتبر مصدراً للوقود الآمن والخالي من الانبعاثات، حيث ركز الطالب حبيب الله أولاديبو على دراسة الكيفية التي يمكن من خلالها إنتاج الهيدروجين من غاز كبريتيد الهيدروجين، والذي يعتبر غازاً ساماً ناتجاً عن صناعة النفط والغاز، عن طريق تحسين كفاءة تفاعل المحفز ثاني أكسيد التيتانيوم، كما طور حبيب الله نموذجاً قادراً على التنبؤ بالزمن الذي تقل فيه فعالية ذلك المحفز واختيار ظروف العمل المناسبة لتجنب حدوث ذلك. ويساهم بحث الطالب حبيب الله في رفع مستوى إنتاج المحفزات الضوئية للهيدروجين من غاز كبريتيد الهيدروجين.

المياه والبيئة

تعتبر الحاجة الملحة لطرق أكثر فاعلية في إنتاج المياه النظيفة بشكل مستدام تحدياً آخر في الوقت الحاضر، ويمكن تلبية تلك الحاجة من خلال تحسين طرق معالجة مياه الصرف، إلا أن تكنولوجيات المعالجة التقليدية غير فعالة في التخلص من الملوثات الدقيقة التي يصعب إزالتها إلا في المرحلة الثالثة. وفي هذا الإطار، بحث طالب الدكتوراه أحمد يوسف، وبإشراف الدكتور بالميزانو، في كيفية تحسين مفاعلات الموائع الدقيقة لتحليل الملوثات الصعبة بطريقة أكثر فعالية في المرحلة الثالثة من معالجة مياه الصرف. وجاءت تصاميم الطالب أحمد المطورة استكمالاً لتكنولوجيا التحفيز الضوئي والتي تشكل تكنولوجيا أخرى في معالجة المياه خلال المرحلة الثالثة، كما ساهمت التصاميم في التوصل إلى استنتاجات هامة للجهود العالمية في مجال تحويل مياه الصرف إلى مصدر مياه صالحة للشرب بشكل آمن ومستدام.

من جانبها، قامت طالبة الدكتوراه إلهام علي عبد الكريم ببحث الطرق المساهمة في تحسين عملية معالجة المياه. وقد قامت إلهام وتحت إشراف الدكتور شادي حسن، الأستاذ المشارك في الهندسة الكيميائية، بتطوير أغشية بتقنية النانو لتحسين قدرتها في تنقية مياه الصرف من المعادن الثقيلة، حيث قامت بصقل الأغشية المصنوعة من مادة البوليمر بجزيئات نانوية من الزركونيوم والفوسفات والتي تحظى بمزايا فريدة كقدرتها العالية على تبادل الأيونات واستقرارها الحراري. وقد أثبتت الأغشية النانوية كفاءتها في التخلص من المعادن الثقيلة الموجودة في مياه الصرف بشكل أكثر فاعلية من الأغشية البوليمرية التقليدية، الأمر الذي قد يسارع في عملية اعتماد هذه الأغشية المتقدمة في محطات معالجة مياه الصرف محلياً ودولياً.

وهناك أيضاً نظام هام آخر يمكن الاستفادة منه في مجال إنتاج المياه النظيفة بشكل مستدام وهو تعزيز هطول الأمطار. ففي هذا الصدد، بحث طالب الدكتوراه هاوران ليانغ في كيفية قدرة تكنولوجيا النانو في تعزيز هطول الأمطار من خلال عملية "بذر السحب"، وهي طريقة تساهم في تحفيز هطول الأمطار من السحب لتحقيق الأمن المائي.

وخلال مشواره الأكاديمي في برنامج الدكتوراه، وبإشراف الدكتورة ليندا زو، الأستاذة في الهندسة البيئية والبنية التحتية المدنية، قام هاوران بتطوير وفحص عدة مواد جديدة لبذر السحب، والذي نتج عنه اكتشاف طرق حديثة لتحسين عملية تشكل رذاذ المياه بالاعتماد على التقنية النانوية المتقدمة وباستخدام مواد كيميائية غير ضارة بالبيئة. وسلط البحث الذي أجراه هاوران الضوء على أفضل التصاميم وأحدث طرق تصنيع مواد بذر السحب الفعالة، والذي يعزز دور دولة الإمارات والدول الأخرى في التصدي لمشكلة انعدام الأمن المائي.

تعتبر تحلية المياه من المجالات التي تستلزم الابتكار فيها. لذلك، يشكل إيجاد الأساليب التي تعزز فعالية عملية إزالة الأملاح من المياه بطرق توفر الطاقة أولوية في الدول التي تعاني من شح في المياه كدولة الإمارات. ولمواجهة هذه المشكلة، طور طالب الدكتوراه أديتونجي ألابي أغشية التبادل الأيوني، والتي تعتمد على فصل الشحن الكهربائي، بهدف إزالة الأملاح من المياه ومن خلال الاستعانة بصفائح الغرافين الرقيقة.

وبين أديتونجي والذي أشرفت عليه أيضاً الدكتورة ليندا، أن الأغشية التي طورها أثبتت فعاليتها بالعمل بشكل يفوق أغشية التبادل الأيوني التقليدية، كما توصل أديتونجي بعد إجراء العديد من الاختبارات والتجارب إلى نتائج تبشر باستخدام أغشيته في عمليات التحلية القائمة على الأغشية الكهربائية.

وإضافة للكهرباء والمياه، تُستنفذ نسبة كبيرة من الطاقة التي يستهلكها الإنسان في مجال تبريد المباني. وفي هذا الإطار، ركزت رسالة الدكتوراه التي أجراها الطالب من لن، وبإشراف الدكتور إيلي عازر، الأستاذ المشارك في أنظمة الهندسة الصناعية، على تقييم مستوى التفاعل بين الأفراد والمباني القاطنين بها وتحسين أدائها بهدف تنظيم عملية استهلاك الطاقة وتحقيق الراحة للأفراد في نفس الوقت. وطور لن إطاراً متعدد التخصصات يجمع بين تعلم الآلة والنمذجة البشرية وجمع البيانات والنمذجة الإحصائية، حيث تمكن هذا الإطار من توضيح المنهجية اللازمة لمعالجة تحديات الاستدامة المستقبلية التي تواجه المباني، لا سيما وأنه احتوى على دراسة بعض الحالات والتطبيقات المستخدمة في دولة الإمارات وخارجها.

الرعاية الصحية

تهدف الحلول الحديثة في مجال تحسين جودة الأدوية الطبية إلى تحقيق التقدم في مجال صحة الإنسان من خلال حث العلماء في جميع أنحاء العالم على البحث في استخدام التكنولوجيا النانوية، كونها الطريقة الفعالة التي تحقق استفادة الجسم من الأدوية على الرغم من عدم وضوح مفهوم الاستقرار الحراري والفيزيائي للجسيمات النانوية.

وفي السياق، قامت طالبة الدكتوراه نهلة رزق بدراسة موضوع استقرار الجسيمات النانوية في التطبيقات الطبية الحيوية في رسالتها، وقامت باختبار استقرار أربعة أنواع مختلفة من الجزيئات النانوية المصنوعة من الذهب والمصقولة بطلاءات مختلفة، وذلك تحت إشراف الدكتور ماتيو مارتن، الأستاذ المساعد في الفيزياء. ومن خلال استخدامها لمواد كيميائية مختلفة، قامت بتهيئة البيئات غير المستقرة التي قد تؤثر على الجزيئات النانوية بدرجات مختلفة تعتمد على طبيعة مادة الطلاء كما أنها قد تقلل من فعالية العديد من العلاجات. ووفقاً لذلك، طورت نهلة طريقة جديدة لتقييم استقرار الجزيئات النانوية والتي تساهم في تعزيز دور العلماء في التنبؤ بسلوك الجزيئات النانوية في بيئة معينة، كما تضمن هذه الطريقة استخدام الجزيئات النانوية الصحيحة والمناسبة في صنع الأدوية العلاجية ذات الفعالية في المستقبل.

وفي تكنولوجيا أخرى تحظى باهتمام كبير في قطاع صناعة الرعاية الصحية وهي تكنولوجيا "المختبر على رقاقة"، تكمن أهمية تطبيقات الأجهزة التي تعتمد على هذه التكنولوجيا في قدرتها على التشخيص السريع للأمراض المعدية، كما تمتاز تلك الأجهزة بأنها رقيقة ويمكن نقلها من مكان إلى آخر بسهولة، إضافة لتكلفتها الاقتصادية والتي ساهمت جميعها في تحقيق التقدم في مجال مكافحة الأمراض المعدية عالمياً.

ركز بحث طالبة الدكتوراه سهى يوسف على الطرق التي تساهم في رفع مستوى حساسية أجهزة الاستشعار البصري لتصبح أكثر دقة في تشخيص الأمراض، وتحقق ذلك من خلال تصميم جهاز ضوئي بتكلفة اقتصادية يسمى جهاز (حلقة الرنين الدقيقة) والذي يقوم من خلال أجهزة الاستشعار البيولوجية وعند طول موجة ضوئية معينة، بالكشف عن وجود جزيئات في الدم أو اللعاب تشير إلى وجود مرض معين، كما تقوم هذه الحلقات أيضاً بالكشف عن المتغيرات الدقيقة في الغازات والذي قد يخدم بدوره التطبيقات البيئية والطبية. إضافة لذلك، تم دمج تلك التصاميم على قياس المستوى النظمي والذي يمكن الاستفادة منه تجارياً كجهاز للمختبر على رقاقة.

وحققت سهى نجاحاً في تصميم وتطوير وفحص نماذج جديدة وبتكلفة اقتصادية لحلقات رنين دقيقة على منصة عازلة من السيليكون تتيح للتصميم الذي يحظى بأجهزة استشعار بيولوجية القدرة على القياس بسهولة. وقد تم ذلك تحت إشراف الدكتور جيمي فيغاس، الأستاذ المشارك في الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر.

الروبوتات والطائرات بدون طيار

أصبحت الحاجة اليوم لروبوتات البحث والإنقاذ القادرة على التنقل في البيئات غير المنتظمة لتنفيذ مهام الإنقاذ ضرورية أكثر من ذي قبل، لا سيما مع تغير المناخ الذي يضاعف من حدوث الكوارث الطبيعية في جميع أنحاء العالم. وفي هذا الصدد، قامت طالبة الدكتوراه ريم عاشور، وبإشراف الدكتور نواف الموسى، الأستاذ المساعد في الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر ومدير مركز الإمارات للابتكار في تكنولوجيا المعلومات والاتصالات "إبتيك"، بتطوير نظام مستعينة بالذكاء الاصطناعي ليساهم في مساعدة الأشخاص السباقين في الاستجابة للكوارث للتخطيط واكتشاف مناطق البحث وبيئات الإنقاذ قبل دخولها.

وفي هذا الإطار، قامت ريم ببرمجة نظام استكشاف وتخطيط يعتمد على نماذج وأجهزة استشعار التعلم العميق لتوظيفها في الروبوتات وتمكينها من تحديد أماكن الضحايا والأجسام الأخرى ومصادر الخطورة. ويمتاز النظام المطور بوجود خريطة دلالية ثلاثية الأبعاد للبيئة تحتوي على معلومات مكانية وتقوم بوضع العلامات على مختلف الأماكن ذات الخصائص المحددة، كما يساعد النظام الروبوت في تحديد أفضل أماكن الاستكشاف والتعرف على مختلف أنواع الأخطار وتحديد مواقعها ومستوياتها. وقد أثبت النظام الذي طورته ريم فعاليته في توظيف الأساليب الحديثة والمتقدمة في العديد من مقاييس الأداء.

وتلعب أنظمة الطائرات بدون طيار دوراً هاماً في مجموعة من الصناعات الرئيسة. وفي هذا الصدد، قامت طالبة الدكتوراه يسرى عبد الرحمن وتحت إشراف الدكتور محمد عمر، رئيس قسم وأستاذ في هندسة النظم الصناعية، بتطوير تقنية مبتكرة تهدف إلى تحسين مستوى فحص الطائرات بدون طيار ودون التسبب بإلحاق الضرر، والتي يتم من خلالها تحليل خصائص المادة أو المكونات أو النظام دون التسبب بأي ضرر. وقد طورت الطالبة الإماراتية يسرى تقنية تجمع بين الأشعة تحت الحمراء وتحليل المكون الرئيس والشبكات العصبية الاصطناعية بهدف تحسين مستوى الكشف عن الخلل بالاستعانة بمواد منخفضة التوصيل ودون الحاجة لتدخل الإنسان. وتهدف الدراسة إلى النهوض بقطاع الصناعة في دولة الإمارات من خلال تسليط الضوء على أحدث التكنولوجيات في مجال الابتكار وتجسيدها على أرض الواقع للاستفادة منها تجارياً ورفع مستوى الإنتاجية وجودتها في جميع الصناعات داخل الدولة. ومن خلال تطبيق هذه التكنولوجيا، يمكن لدولة الإمارات تحقيق النمو الصناعي المستدام وتعزيز الدور التنافسي لها عالمياً.

تكنولوجيا الاتصالات والمعلومات

تعتمد شبكة الإنترنت اليوم على مليارات من أجهزة الكمبيوتر المرتبطة ببعضها عبر ألياف بصرية والتي من خلالها يقوم الضوء بنقل المعلومات إلى جميع أنحاء العالم. ويقوم العلماء بإحداث ثورة جديدة في هذا المجال تتمثل بتطوير دارات ضوئية مصغرة لتوجيه الضوء في مسارات متعددة وفقاً لمحتواها والذي سيعزز بدوره النطاق الترددي الحالي ليتعدى شبكات الجيل الخامس.

وفي هذا الإطار، بحث طالب الدكتوراه سالم الكعبي، وتحت إشراف الدكتور جيمي فيغاس، كيفية تفاعل الضوء والمادة مع السيليكون، وهي المادة المستخدمة في تركيب جميع الرقاقات الإلكترونية في الوقت الحاضر، بهدف تطوير أجهزة ميكرومترية قادرة على تشفير المعلومات المتنقلة على شكل تيارات ضوئية عبر أسلاك دقيقة جداً.

ويعتبر "البلوك تشين" ابتكاراً آخر في عالم الحوسبة والذي يتيح لنا التفاعل إلكترونياً والاحتفاظ بالبيانات بطريقة آمنة. إلا أن العديد من تطبيقات البلوك تشين تم تطويرها دون اتباع منهجيات البرمجة الهندسية المناسبة والذي حال دون توفر الثقة في تكنولوجياته.

وفي السياق، قامت طالبة الدكتوراه حمدة البريكي، وبإشراف الدكتور دافور سفيتينوفيك، الأستاذ المشارك في الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر، بدراسة مسألة الثقة في التطبيقات التي تعتمد على البلوك تشين، حيث طورت الطالبة الإماراتية حمدة نموذجاً للثقة في تطبيقات البلوك تشين إلى جانب تطوير منهجية هندسية للثقة. وأكدت الاستنتاجات التي توصلت إليها حمدة على أهمية إدخال الثقة في بداية عملية تطوير البرمجيات في تطبيقات البلوك تشين في المستقبل. وقد ساهم هذا العمل البحثي بشكل كبير في تعزيز برمجيات الهندسة المتعلقة بالبلوك تشين والتي يمكن تطويرها بالمستقبل.

يذكر أن هذه المشاريع البحثية وغيرها من المشاريع التي يتم إجراؤها في جامعة خليفة على أيدي طلبة برنامج الدكتوراه في الهندسة ساهمت في ارتقاء مكانة الجامعة على صعيد الابتكارات التكنولوجية والصناعية اللازمة لتحقيق أهداف دولة الإمارات الاستراتيجية والتحول نحو الاقتصاد المبني على المعرفة. وتركز جامعة خليفة جهودها في الوقت الحالي على دعم الجيل القادم من المهندسين الذين تقع على عاتقهم مسؤولية إيجاد الحلول الابتكارية اللازمة للتغلب على تحديات القرن الواحد وعشرين الملحة.