مدیرعامل متا:
الگوریتمی که نقاط ضعف درختان را پیش از وقوع طوفان پیدا میکند
به گزارش خبرگزاری آنا، به نقل از «Earth.com»؛ ایده این پژوهش از یک سؤال ساده شروع شد: آیا میتوان به جای انتخاب شاخهها بر اساس ظاهر درخت، هرس را با توجه به تعادل و ساختار طبیعی آن انجام داد؟ «مارکوس سیلویرا بوکرج» از دانشگاه «سائوپائولو» این سؤال را با «امیلیو کارلوس نلی سیلوا»، مهندس مکانیک، مطرح کرد و مشخص شد که میتوان پاسخ آن را با مدلهای ریاضی بررسی کرد.
اهمیت این مسئله در شهری مانند سائوپائولو بیشتر به چشم میآید. در دسامبر ۲۰۲۵، بادهایی با سرعت بیش از ۹۰ کیلومتر بر ساعت در منطقه سائوپائولو وزید و باعث سقوط ۱٬۳۲۷ درخت شد. برخی از این حوادث به مصدومیت افراد انجامید و بیش از ۲ میلیون نفر نیز برق خود را از دست دادند. هرس نامناسب میتواند درخت را در برابر باد آسیبپذیرتر کند و خطر شکستن شاخهها، تنه یا حتی ریشهکن شدن آن را افزایش دهد.
ساختن یک درخت دیجیتال
پژوهشگران برای آزمایش ایده خود یک درخت بالغ از گونه «Tipuana tipu» را در محوطه دانشگاه سائوپائولو انتخاب کردند. آنها با یک اسکنر لیزری سهبعدی از زوایای مختلف از درخت تصویربرداری کردند و در نهایت مدلی شامل حدود ۳۰ میلیون که شامل شکل و ساختار تنه و شاخههای درخت میشد را با جزئیات بالا بازسازی کردند.
در مرحله بعد، برگها از مدل حذف شدند و ساختار چوبی درخت باقی ماند. پژوهشگران سپس باد شبیهسازیشده را از جهتهای مختلف به مدل وارد کردند تا ببینند نیرو در کدام قسمتهای درخت متمرکز میشود و ضعیفترین نقطه کجاست. این آزمایش روی مدل دیجیتال امکان بررسی شرایطی را فراهم کرد که آزمایش آن روی یک درخت واقعی میتوانست به آسیب جدی منجر شود.
نتیجه نخست نشان داد که هرس صرفاً بر اساس ظاهر درخت میتواند مشکل تازهای ایجاد کند. وقتی پژوهشگران شاخهها را بدون در نظر گرفتن ساختار نیروها قطع کردند، محل اصلی تمرکز تنش تغییر کرد و حتی نقطه ضعفی تازه در درخت شکل گرفت. این موضوع نشان میدهد که حذف یک شاخه لزوماً به معنای کاهش خطر نیست و ممکن است تعادل مکانیکی درخت را بر هم بزند.
الگوریتم شاخههای کماهمیت را پیدا میکند
برشهای پیشنهادی الگوریتم توانستند نقطه ضعف تازه ایجادشده را از بین ببرند و محل اصلی تمرکز تنش را تقریباً به وضعیت اولیه بازگردانند. این نتیجه در حالی به دست آمد که درخت نهایی حدود ۲۲ درصد از حجم اولیه چوب خود را از دست داده بود
برای جلوگیری از این مشکل، پژوهشگران مدل هرسشده را وارد الگوریتمی کردند که بر پایه «بهینهسازی توپولوژیک» کار میکند. بهینهسازی توپولوژیک روشی است در مهندسی برای طراحی سازههای سبک و مقاوم، که از قطعات هواپیما گرفته تا چارچوب ساختمانها، کاربرد دارد. الگوریتم با بررسی نقشه تنش مشخص میکند کدام بخشهای چوب نقش کمتری در استحکام درخت دارد و میتواند گزینه مناسبتری برای حذف باشد.
برشهای پیشنهادی الگوریتم توانستند نقطه ضعف تازه ایجادشده را از بین ببرند و محل اصلی تمرکز تنش را تقریباً به وضعیت اولیه بازگردانند. این نتیجه در حالی به دست آمد که درخت نهایی حدود ۲۲ درصد از حجم اولیه چوب خود را از دست داده بود. پژوهشگران البته برای هر مرحله هرس سقف ۲۰ درصدی در نظر گرفتهاند تا ساختار باقیمانده همچنان توان تحمل نیرو را داشته باشد.
موارد مهمی که در نظر گرفته نشدهاند
با این حال، این فناوری هنوز آماده استفاده گسترده نیست. آزمایشها تاکنون تنها روی یک درخت انجام شده و مدل نیز چند عامل مهم را در نظر نمیگیرد. برای نمونه، چوب در واقعیت در امتداد الیاف خود مقاومتر از جهت عمود بر آنهاست، اما مدل فعلی استحکام چوب را در همه جهتها یکسان فرض میکند.
ریشههای درخت نیز هنوز وارد محاسبات نشدهاند. علاوه بر این، باد در مدل به شکل یک نیروی نسبتاً یکنواخت شبیهسازی میشود، در حالی که در دنیای واقعی تندبادها بهطور مداوم سرعت و جهت خود را تغییر میدهند. بارندگی نیز میتواند وزن تاج درخت را افزایش دهد و فشار بیشتری به شاخهها و تنه وارد کند که در نسخه فعلی مدل لحاظ نشده است. این الگوریتم فعلا میتواند نقطه ضعف احتمالی یک درخت را نشان دهد، اما برای پیشبینی کامل رفتار آن در برابر طوفان، باران و سایر عوامل محیطی هنوز به دادهها و آزمایشهای بیشتری نیاز دارد.
انتهای پیام/
