تبریز فوری تبریز - رضا  عالش‌زاده: جریان سریع تغییرات حاصل از فن‌آوری‌های جدید گاها آنقدر شتابان است که برخی کشورها قدرت انطباق با آنها را از دست می‌دهند و همیشه چندین گام از آخرین دستاوردهای مدرن عقب هستند. نوشته زیر که از لابه‌لای اخبار جدید سایت علمی تحقیقی  inhabitat و چندین سایت مرجع دیگر گردآوری شده است به دست‌آوردهای جدید صنعت خیابان و جاده سازی نگاهی می‌اندازد و تلاش دارد تصویری احتمالی از جاده و خیابان‌های هوشمند آینده ارائه دهد.

خیابان و جاده‌های خورشیدی

جاده‌های خورشیدی مانند هر سطح پانل خورشیدی دیگر عمل می کند به استثنای اینکه از پنل‌های  شیشه‌ای خورشیدی ساخته نشده است، بلکه این سطوح خورشیدی مجهز به پنل‌های خورشیدی فوتو ولتایکی بادوام از جنس  سیلیکون بلورین هستند که راه رفتن و رانندگی بر روی آنها، هیچ آسیبی به کیفیت سطوح نمی‌زند. این پانل‌های خورشیدی نوین، انرژی دریافتی از نور خورشید را به صورت الکتریکی به شبکه برق منطقه منتقل می‌کند.

 البته در مورد استفاده از خیابان‌های خورشیدی برخی چالش‌های مهمی همچنان وجود دارد، مانند هزینه بالای آنها در مقایسه با آسفالت‌های سنتی و البته این چالش که جاده و خیابان مد نظر باید در جهت نورگیر قرار گرفته باشد تا بهترین نتایج حاصل گردد. با این تفاسیر، احتمال زیادی وجود دارد که این تکنولوژی در آینده به عنوان یک رهیافت مکمل، نه یک راه‌حل اولیه  و اصلی برای تولید انرژی، به کار گرفته شود.

گفتنی است که در سال 2006، یک شرکت آمریکایی در آیداهو از ایده جاده‌های خورشیدی خود پرده برداشت که هدف آن به کارگیری پانل‌های خورشیدی با هدف ذخیره انرژی تابشی خورشید بود. پانل شش ضلعی آنها عبارت از یک سطح شیشه‌ای مقاوم در برابر رانندگی بود که در زیر آن سلول‌های خورشیدی و حسگرهای قابل برنامه‌ریزی قرار می‌گرفتند. سیستم پیشنهادی آنها نیازمند شیشه‌ای قوی، شفاف و خود تمیزشونده با خاصیت کششی و مقاومت در برابر ضربه و بار ترافیک بود که همین خصوصیات باعث افزایش قیمت تمام شده آنها و درنتیجه عدم مقبولیت جهانی گردید. جاده‌های خورشیدی با بدنه سیلیکون بلورین یکی از تلاش‌های دانشمندان برای یافتن جایگزینی مقاوم‌تر و ارزان‌تر برای پانل های شیشه‌ای تلقی می شود.

معابر پیزوالکتریک

انرژی پیزوالکتریکی که در نتیجه اعمال استرس مکانیکی بر روی سطوح خاصی ایجاد می‌شود می‌تواند توسط بعضی مواد مانند کریستال‌ها، سرامیک های خاص، و مواد بیولوژیکی مثل استخوان، و پروتئین‌های خاص جذب و انباشته شوند. این واقعیت علمی پایه ساخت جاده‌ها و خیابان‌های پیزو التریک است.

بنا به تعریف، جاده‌ها و معابر پیزوالکتریک آنهایی هستند که از انرژی مکانیکی حاصل از وزن حرکتی وسایل نقلیه بر روی معابر انرژی الکتریکی تولید می‌کنند. این معابر دارای حسگرهای پیزوالکتریکی برای تولید برق هستند.

برخلاف معابر خورشیدی، جاده‌ها و خیابان‌های پیزوالکتریکی برق را به سبب وجود موادی که در زیر سطوح بارگزاری شده‌اند تولید می‌کنند. به این صورت که این مواد کریستالی انرژی منتقل شده از وزن خودروها در سطوح جاده را جذب می‌کنند و به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. انرژی الکتریکی تولید شده می‌تواند به شبکه محلی توزیع برق اطراف منتقل شود و یا در روشنایی لامپ‌های  LED  و مصرف تکنولوژی‌های هوشمند جاده‌ای مورد استفاده قرار گیرند.

جاده‌های LED

فن آوری LED  می‌تواند جایگزین خطوط رنگی در  روی خیابان‌ها و جاده‌ها گردد و باعث بهبود قابلیت دیده شدن آنها در شرایط آب و هوایی متفاوت شود. تلفیق این تکنولوژی با فن‌آوری هوشمند باعث می‌شود این چراغ‌های LED  به رانندگان در موارد خاصی، مانند حرکت یک حیوان و یا بروز حادثه سنگریزی در جاده، به صورت علائم خطر و یا نوشته‌های خاصی در کف خیابان و یا جاده هشدار دهند. در ساختمان این سیستم‌های LED  حس‌گرها، صفحات فشاری، و دوربین‌های امنیتی مجهز به ضبط حرکت  جای‌گذاری شده‌اند که می‌توانند در کنار هم تغییرات خطوط و یا علایم خطر را اطلاع دهند. این جاده‌ها همچنین قادر هستند بهره‌وری انرژی را از طریق تنها روشن شدن به هنگام عبور خودرو از روی آنها افزایش دهند.  از دیگر مزیت‌های این نوع پوششش جاده‌ای، وجود عناصر گرمایشی در ساختمان آنها است که باعث ذوب سریع برف در روزهای سرد می‌شود.

البته استفاده از لامپ‌های کم مصرف در روشنایی و علایم ترافیکی از سالها قبل مورد توجه و استفاده بوده است اما به کارگیری آنها در بدنه کف خیابان و جاده گاها به علت هزینه بالای آنها با بدگمانی بزرگی مواجه شده است. هر چند این سیستم اخیرا در بسیاری از خیابان‌های کوچک در شهرهای پیشرفته نصب و مورد بهره‌برداری قرار گرفته است.

معابر الکتریکی

در حالی که معابر خورشیدی و پیزوالکتریکی می‌توانند برای شبکه توزیع، برق تولید کنند، جاده‌ها و خیابان‌های الکتریکی سطحی ایجاد می‌کنند که باتری خودروهای برقی را در حین حرکت آنها شارژ می‌کنند و نیاز به توقف در مکان ثابت برای انجام شارژ و نگرانی در مورد محدودیت‌های دیگر را از بین می‌برند. نمونه‌های رایج برق‌رسانی به ماشین‌آلات عبوری استفاده از سیم بالاسر و تغذیه زمینی است که از طریق رسانای حامل برق یا کوپلاژ الکتریکی در جاده‌ها انجام می‌گیرد.

به دنبال چندین سال تحقیق بر روی جاده‌ای برقی، کشور کره در سال 2013 اولین بار قابلیت شارژ اتوبوس‌های برقی در حال حرکت بر روی خیابان ها را عملیاتی کرد و اولین خیابان‌های شهری را به این سیستم مجهز کرد. روزنامه گاردین، خبر مربوط به افتتاح اولین جاده دوکیلومتری الکتریکی در کشور سوئد را انتشار داد و از اهداف جاه‌طلبانه این کشور برای گسترش این سیستم خیابانی و جاده‌ای با هدف کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و البته کاهش محدودیت‌های مرتبط با شارژ خودروهای برقی به روش سنتی و عدم توقف خودرو ها به علت اتمام شارژ در مسافت‌های طولانی خبر داد.

روش شارژ خودروها در این سیستم بسیار جالب است. ابتدا در این سیستم ریل مانند ابزارهای وجود دارد که میزان برق مصرفی و شارژ فعلی خودرو را محاسبه کرده و برق لازم را که در دو طرف ریل جریان دارد به خودورها منتقل می‌کند. به هنگام تغییر جهت خودروها، بازوی انتقال دهنده برق یه صورت اتوماتیک قطع شده و سپس دوباره جریان الکتریکی متصل می شود. هزینه شارژ به مانند یک پمپ بنزین محاسبه شده و به طور خودکار از حساب فرد کم می‌شود.

جاده‌های خودتعمیر شونده

دانشمندان و شهرداری‌ها بر روی موادی کارهای آزمایشی انجام می‌دهند که می‌توانند به عنوان آسفالت پوششی خیابان و جاده‌ها خاصیت خودتعمیری داشته باشند. این نوع آسفالت‌ها در بیشتر کشورهای پیشرفته دنیا با پیش قراولی چین و هلند در فاز بررسی و اجرای آزمایشی قرار دارند. این آسفالت‌ها به طور کلی از مخلوط ویژه‌ای ساخته می‌شوند که به طور اتوماتیک تحت تاثیر حرارت ذوب شده و چاله‌های ایجاد شده در سطوح معابر را پر می‌کنند و البته کل این فرایند به دنبال هشدار حسگر موجود در سیستم شروع می‌شود. این تکنولوژی می‌تواند در تلفیق با کریستال‌های پیزوالکتریک  و یا حتی سیستم شارژ الکتریکی خودروها مورد استفاده باشد.

دسته‌های اصلی تکنولوژی خود ترمیم شونده برای آسفالت عبارتند از:

گفتنی است این تعمیرات خودران ممکن است سه ساعت طول بکشد و نیازمند بستن موقتی آن مسیر باشد اما نیاز به وجود تعمیرکاران را حذف می‌کند. با توجه به برآوردهای متخصصان امر، با استفاده جهانی از این نوع پوشش‌های معابر، نشر آلایندهای مخرب زیست‌محیطی تا 16 درصد و هزینه مصرف ساخت و نگهداری زیرساخت جاده‌ای تا 32 درصد کم خواهد شد.

شبکه‌های جاده‌های هوشمند:

فن‌آوری هوشمند اجازه می‌دهد سیستم‌های متفاوت در ارتباط با یکدیگر کار کنند. به این معنا که به عنوان مثال یک برنامه نرم‌افزاری که در حال چت با خودروری بدون راننده است می‌تواند به آن در مورد موانع و مشکلات پیش رو در خیابان و یا جاده هشدار  دهد و یا یک سیستم LED می‌تواند هشدارهایی در مورد مشکلات موجود در سطح معابر به راننده در سریع‌ترین زمان ممکن بدهد. نوآوری‌های هوشمند می‌توانند جریان ترافیکی را روان‌تر ساخته و مسیر خلوت‌تری را برای مسایل امدادی و اورژانسی باز کنند. به نظر می‌رسد پذیرش واقعیت وجودی تکنولوژی هوشمند در تمامی عرصه‌ها از جمله زیرساخت‌های خیابانی و جاده‌ای، و تلاش برای انطباق با آن و تجهیز خدمات شهری به این فن‌آوری نوین، ماموریت اصلی شهرداری‌ها در سال‌های پیش رو باشد.

منابع:

https://inhabitat.com/what-the-smart-roads-of-the-future-might-look-like/

https://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricity

https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_Roadways

https://www.theguardian.com/environment/2018/apr/12/worlds-first-electrified-road-for-charging-vehicles-opens-in-sweden