جدة: عندما احتل زملاؤه في فريق مكلارين ريسينغ دانيال ريكاردو ولاندو نوريس المركزين الأول والثاني في سباق الجائزة الكبرى الإيطالي في سبتمبر ، كانت الفجوة بينهما 1.747 ثانية فقط.
إذا ركض أي منهما أبطأ بضع ثوانٍ في مونزا ، أسرع مضمار في الفورمولا 1 ، لكانوا قد سقطوا من منصة التتويج للفائز وفي منتصف الملعب.
لهذا السبب تنفق فرق F1 عشرات الملايين من الدولارات كل عام لتغيير الديناميكا الهوائية واحتراق الوقود والقياس عن بُعد لسياراتهم ، كل ذلك بحثًا عن ميزة تساوي مئات من الثانية لكل ثورة.
ولكن عندما تصطف الفرق العشرة على شبكة الانطلاق في جدة في 5 ديسمبر للمشاركة في سباق الجائزة الكبرى للمملكة العربية السعودية الافتتاحي – على أسرع حلبة شوارع على الإطلاق ، بمتوسط سرعات يقدر بـ 252 كم / ساعة (156 ميلاً في الساعة) – ستمتلك ماكلارين فقط سيارة. منزل. زيادة الفائدة.
في عام 2018 ، وقع الفريق اتفاقية شراكة بحثية مدتها خمس سنوات مع جامعة الملك عبد الله للعلوم والتكنولوجيا – المكافئ السعودي لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا – للتعامل مع مركباتهم مثل المختبرات الحية. في المقابل ، سيقدم طلاب جامعة الملك عبدالله وأعضاء هيئة التدريس خبراتهم في مجال البرمجيات ، وأجهزة الاستشعار ، والكيمياء لتحدي فريد يتمثل في السفر في الزوايا والخطوط المستقيمة في كورنيش جدة بسرعة تفوق سرعة أي شخص آخر.
قال ماتيو بارساني ، الأستاذ المساعد في الرياضيات التطبيقية وعلوم الكمبيوتر في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية: “لماذا تكون سيارة فورمولا 1 أسرع على الحلبة من دراجة نارية جراند بريكس ، والتي يمكن أن تصل سرعتها أيضًا إلى 300 كم / ساعة؟ الديناميكية الهوائية. يعتبر التعامل مع الهواء حول السيارة أكبر عامل تمييز في الفورمولا 1.
تسمح القوة السفلية الأكبر ، على سبيل المثال ، للسائقين بالتناوب بسرعات أعلى ، وهو أمر مفيد في مسار من 27 دورة.
تقليديا ، تحولت الفرق إلى اختبار نفق الرياح ، والذي كان مكلفا ويستغرق وقتا طويلا. في الآونة الأخيرة ، احتضنت F1 ديناميكيات السوائل الحسابية ، والتي تسخر قوة معالجة مستوى الحوسبة الفائقة لمحاكاة وتحسين تدفق الهواء على الأسطح بشكل كبير. ومع ذلك ، فإن القوة الغاشمة ستجلب الفرق فقط حتى الآن.
تتضمن اللوائح الرياضية الضخمة قيودًا صارمة على عدد ساعات وحدة المعالجة المركزية التي يمكنهم استخدامها ، مما يعني أن الخوارزمية الأكثر أناقة تفوز. تحقيقًا لهذه الغاية ، قام بارساني وزملاؤه في مركز أبحاث الحوسبة الفائقة بجامعة الملك عبدالله بترخيص استخدام ماكلارين الحصري لأحدث الحلول الخاصة بهم ، والتي نجحت عندما فشلت الأدوات القياسية في تصميم نموذج دقيق لتدفق الهواء.
رحلة طموحة
الديناميكا الهوائية هي مجرد جزء واحد من البرنامج الطموح للشراكة ، والذي امتد من أداء المسار إلى دعم التزام ماكلارين لمدة عشر سنوات بحيادية الكربون ودعم التعليم في العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات.
قال مارك بارنيت ، مدير الأبحاث والابتكار في شركة ماكلارين ريسينغ: “تستمر مرافق البحث والتطوير العالمية في كاوست وأعضاء هيئة التدريس والرغبة في الجمع بين التقنيات الناشئة ومبادرات الاستدامة في النمو. ” ساعد فريقنا في رحلتنا الطموحة. “
لكن ما جذب الفريق في البداية إلى كاوست كان مسألة الوقود. تمامًا كما تنظم F1 عدد فرق التيرافلوب التي يمكن استخدامها ، تتلقى كل سيارة 110 كيلوغرامات (29.06 جالونًا) كحد أقصى من الوقود. هذا يعني أن الفرق يجب أن تسعى جاهدة لاستخراج كل جول من كل قطرة ، والتي تتغير حسب المسار والظروف من سباق إلى آخر.
قال ماني ساراثي ، المدير المساعد لمركز أبحاث الاحتراق النظيف في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية: “نحن نساعد مكلارين في تحديد الاحتراق الأمثل للوقود من خلال توفير التركيبات والأدوات المرشحة.
مثلما استبدلت مجموعة بارساني المحاكاة لأنفاق الرياح ، يستخدم فريق ساراثي التعلم الآلي لتحديد المرشحين للاختبارات الميدانية.
أحد المجالات التي تمكنت جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية من المساهمة فيها خارج المختبر هو مجال المستشعرات.
أدى ظهور القياس عن بُعد في الوقت الفعلي في ثمانينيات القرن الماضي إلى تحويل الفورمولا 1 ، حيث حفزت السيول من البيانات الجديدة تحسين كل شيء تقريبًا. السيارات اليوم مزينة بمئات من أجهزة الاستشعار التي تنقل غيغابايت من البيانات حول السرعة وتدفق الهواء ودرجة حرارة المحرك والفرامل وغازات العادم وغير ذلك. ومع ذلك ، فإن وزن هذه المستشعرات يتزايد بسرعة ، مما دفع الفرق إلى البحث عن ميزة أخرى متناهية الصغر من خلال استبدالها بأجهزة استشعار مصنوعة من مواد خفيفة الوزن.
كجزء من هذا الجهد ، تم إيفاد فريق من طلاب جامعة الملك عبدالله لمشاهدة سباقات ماكلارين أثناء اللعب في سباق جائزة البحرين الكبرى 2019.
شاهد ألتيناي كايداروفا ، طالب دكتوراه في الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر ، أثناء مشاهدة الفريق يستعد بدقة لفترات التدريب الخاصة بهم ، عن كثب الضغوط الهائلة على السيارة ، بما في ذلك قوى التسارع الشديدة ودرجات الحرارة الداخلية التي تصل إلى عدة مئات من درجات مئوية.
عند عودتها إلى كاوست ، وتحت إشراف مشرفها ، البروفيسور يورغن كوسل ، شرعت في “تطوير أجهزة استشعار مخصصة باستخدام تقنيات التصنيع المتقدمة لدينا”.
كانت المادة التي اختارها كايداروفا هي الجرافين – وهي صفائح من الكربون النقي بسمك ذرة أقوى (وأخف وزنًا) بمئة مرة من الفولاذ ، وبنفس القدر من الصعوبة والتكلفة.
كان حله هو طباعتها ثلاثية الأبعاد ، مما خلق عملية سمحت له بتكييف أجهزة استشعار مصممة من قبل زملائه لقياس الإجهاد وتدفق الهواء والقصور الذاتي من أجل البقاء على قيد الحياة في البيئات القاسية التي قد تواجهها سيارة F1 ، من الداخل والخارج.
وقالت: “هدفنا هو دمج مستشعرات لاسلكية معززة بالجرافين للحصول في وقت واحد على معلمات مثل القوة والضغط ودرجة الحرارة من نقاط متعددة حول السيارة.”
تكنولوجيا ما وراء المسار
هذه المستشعرات أيضًا لها استخدامات تتجاوز المسار. تمامًا كما قامت شركة McLaren Racing بتدوير تطبيق McLaren Applied لاستخدام أبحاثها وتطويرها في صناعات أخرى ، تحرص كلية جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية على رؤية عملها مع الفريق يؤتي ثماره في الفصول الدراسية وخارجها.
تعمل مجموعة Sarathy مع Hyundai لتصميم محركات أكثر كفاءة في استهلاك الوقود ، بينما تستخدم NASA محلل CFD من Parsani.
قامت Kaidarova بتركيب مستشعرات الجرافين على الحيوانات البحرية لتوفير بيانات عن كل من السلوك ومجموعة موسعة من الظروف البيئية ذات الصلة بصحة النظام البيئي البحري في Oceanographic Valencia ، أكبر مجمع في هذه المنطقة.نوع في أوروبا.
لكن أولاً ، يجب أن تثبت مساهماتهم قيمتها في شوارع جدة المتعرجة – وتأمل مكلارين أن تثبت هامش النصر.
وأشار بارساني إلى أن الفورمولا 1 هي البوتقة النهائية لجامعة الملك عبدالله أو أي جامعة هندسية.
يتعرض الطلاب لمشروع صناعي حقيقي في بيئة حقيقية. إنها فرصة فريدة لرؤية بحثنا يبدأ مثل القلم والورقة ، لنرى أنه يتطور إلى خوارزميات ، وأخيراً لتطبيقه على واحد من أكثر الأجهزة تعقيدًا التي ابتكرتها البشرية على الإطلاق “، قال.
لا يمكن لأحد أن يطلب فصل دراسي أفضل من مسار F1. الامتحان النهائي يوم الأحد.
