نيروي انساني

باد خورشيد امواج دريا همگي در نبرد براي توليد «انرژي بيشتر» هستند. اما با حدود 6 ميليون پيشرانه کارآمد که اصلي ترين منبع جابه جايي است چه کار بايد کرد؟

حرکت خودرو با استفاده از نيروي انساني
 

در يکي از مسيرهاي فرعي يک بزرگراه در منطقه Cave junction آقاي «چارلي گرينوود» سازنده اتومبيلي که در تصوير ملاحظه مي کنيد، آن را مورد آزمايش قرار مي دهد. نام اين خودرو را التومبيل بشر گذاشته و با نام اختصاري FM-4 آن را خطاب مي کند.
فردي که در آن قرار مي گيرد در واقع با آن رانندگي نمي کند بلکه آن را به جلو مي برد. در اصل کاري که انجام مي گيرد کشيدن و فشار دادن چهار نفر بوده که نيروي آن توسط يک گيربکس چهار سرعته تبديل به حرکت چرخشي مي شود و اين نيرو وسيله نقليه را به راحتي با سرعت 40 تا 48 کيلومتر در ساعت به جلو مي برد و چنان چه شيب مناسبي وجود داشته باشد، مي توان سرعت آن را به 96 کيلومتر در ساعت نيز رساند.
همان گونه که ملاحظه مي کنيد FM-4 دئر واقع از يک اسکلت فلزي تشکيل شده که در آن اثري از سقف و يا پنل هاي جانبي و حتي هيچ گونه قاب و پوشش نيست.
حال ببنيم چگونه مي توان جهت حرکت اتومبيلي را تغيير داد که تماما سرنشينان آن مشغول کاري همانند پارو زدن هستند چرخيدن و عبور از دايره پيچ ها از طريق خم شدن در جهت دايره پيچ انجام مي گيرد و فقط يک حرکت بدني است چون چرخيدن و انحراف چرخ هاي جلو مي گردد.
افرادي که در عقب نشسته اند، نمي توانند تاثيري در جهت حرکت داشته باشند و وظيفه آنها صرفا تامين نيروي حرکت است.
در روز آزمايش امکان استفاده از تمامي دنده ها ميسر نگرديد، بنابراين آن را روي دنده سه قرار دادند که اين امر باعث ايجاد نوعي اينرسي يا عدم تحرک کافي در ابتداي حرکت در اين وسيله نقليه 300 پوندي شد. در اين اتومبيل با اصطلاحا پارو زدن سرنشينان آن، حرکتي همانند ترتيب انفجار در اتومبيل هاي موتوردار انجام مي گيرد که گشتاور را تقسيم مي کند.
هدايت آن چندان ساده نيست و نبايد اين تصور پيش آيد که مي توان با خريداري يک دستگاه از آن بلافاصله حرکت را آغاز کرد چون قبل از هر چيز نياز به آموزش راندن دارد و حتي مي بايست براي راندن آن گواهينامه مخصوص دريافت کرد. طراحي آن به گونه اي بوده که بتواند دايره پيچ ها را با حداکثر سرعت 48 کيلومتر در ساعت طي کند. سازنده انگيزه خود را چنين بيان مي کند؛ وابستگي غرب و بسياري ديگر از کشورها به نفت خام؛ بسيار مشکل ساز بوده و ظهور وسائط نقليه اي اين چنيني مي تواند باعث کاهش اين وابستگي و يا حتي برطرف کردن آن شود.
هرچه مشکلات بزرگ تر باشد بعضاً مي تواند راه حل هاي ساده تري داشته باشد. وي اعتقاد دارد ظرف مدت 5سال يک ميليون نفر در جهان با اتومبيل هاي بشري جابه جا خواهند شد.

بهره برداري از نيرو انساني
 

ما به طور عادي به دوستان و همسايگان خود به عنوان يک موتور محرک نگاه نمي کنيم اما ممکن است روزي فرا رسد که به عللي وخامت و کمبود شديد منابع نفتي و همين طور تغييرات آب و هوا ترس ناشي از پيامدهاي آن ما شروع به استفاده از نيروي انساني نماييم.
تصوير کنيد وارد آينده شويم که هيچ گونه منبع تامين انرژي مانند انرژي هسته اي، خورشيدي، امواج دريا و حتي باد نتواند تمامي نيازهاي ما را تامين کند. در چنين شرايطي تصور شما چگونه است و بايد چه کاري انجام داد؟ آيا فکر مي کنيد استفاده از يک موتور باکورس کوتاه و بدون آلايندگي و با راندمان بالا که انرژي مورد نياز آن غالبا از مواد زايد تامين مي گردد. راه حل مناسبي است؟ البته تصور نکنيد فقط يک دستگاه از چنين موتوري قرار است مورد استفاده قرار بگيرد بلکه شش ميليارد از آن مورد بهره برداري قرار خواهد گرفت.
بنابراين حتي اگر امکان برداشت بخشي از اين نيروي عظيم وجود داشت (که در حال حاضر به صورت گرما از بين مي رود) بشر چه کارهايي که نمي توانست انجام دهد.
در طول دو سال گذشته گفتگو درباره نيروي انساني آغاز شده و برنامه هاي سيستماتيک متنوعي در حال پديدار شدن هستند. بعضي از برنامه هاي پيشنهادي بسيار جالب توجه است که از جمله آنها مي توان به کشت جمعيت (Crawd Ferming) اشاره داشت.
هم چنين طراحي شهرها به گونه اي که بتوان انرژي قابل ملاحظه اي را از انجام امور مختلفي که جمعيت آن در طول روز انجام مي دهند به دست آورد مانند عبور آنها از پياده روها و بسياري کارهاي ديگر. يک بيولوژيست به نام آقاي روم در دانشگاه پنسيلوانيا، کوله پشتي طراحي کرده که در اثر حرکت فردي که آن را بر تن کرده توليد الکتريسيته مي کند.
از انسان نمي توان براي گرم کردم بسياري از ساختمان ها استفاده کرد چون شما مي بايست به بزرگي نيرو و ميزان نسبي آن توجه کنيد.
شرکت «بيونيک پاور» نيز زانوبندي را اختراع کرده که کارگران و سربازان با پوشيدن آن مي توانند در حين راه رفتن به طور مستمر بين 5 تا 10 وات برق توليد کنند.
بد نيست بدانيد اگر شما تمام افراد بالغ جهان را در يکجا گرد آورده و آنها را روي دوچرخه هاي ثابت قرار دهيد و از آنها بخواهيد هشت ساعت در روز به طور مداوم پا بزنند، ميزان برقي که بدين ترتيب توليد مي شود معادل 80 گيگاوات بوده که تقريبا معادل برق توليدي فقط تامين کننده حدود نيم درصد انرژي مورد نياز بشر امروزي است. اما در مقوله حمل و نقل، نيروي انساني براي تامين انرژي کافي به نظر مي رسد و بنابراين انجام تلاش در اين راستا ارزش انجام آن را دارد.
به طور متوسط با اشتغال محتويات بنزين اتومبيل 220 پوند يا 100 کيلوگرم کربن از آن به فضا متصاعد مي گردد بنابراين با حذف حتي يک اتومبيل مي توان از ورود چندين تن دي اکسيد کربن به اتمسفر در هر سال جلوگيري کرد.
نيروي انساني قادر به توليد انرژي در مقياس مگاوات نيست و آن چه که او قادر به توليدش بوده «نگاوات» است که بسيار حائز اهميت بوده و چون ديگر کسي خبري از ترافيک شهري از طريق راديو با تلويزيون نمي شنود.

سه چرخه ها و دوچرخه هاي پرسرعت
 

در يک روز گرم تابستان در تورنتو آقاي «ري ميک ويکوس» در داخل کابين سه چرخه خود به صورت طاق باز دراز کشيده است.
ظاهر اين وسيله بيشتر به يک دوچرخه شباهت دارد. اين وسيله ساخت پدر او (يکي از مهندسين آزمايشگاه هاي تحقيقاتي نيرو محرکه) است. نام اين خودروي نوظهور را Quest گذاشته اند که از گروه ولوموبيل است. (يک ولوموبيل تابع قوانيني بوده که براي دوچرخه وضع شده است) چنان چه به ولوموبيل، يک موتور اضافه کنيد. تبديل به يک وسيله نقليه از نوع Low-Mass مي گردد که سرعتي بين 40 تا 50 کيلومتر در ساعت مي تواند داشته باشد. چنان چه از نظر سرعت از اين حد فراتر رويد، تبديل به اتومبيل شده و بنابراين مي بايست گواهينامه دريافت کنيد. Quest خودرويي آرام و بي سر و صدا و مجهز به سيستم فنربندي کامل بوده که نيروي محرکه آن را چرخ عقب تامين مي کند.
اين وسيله قابليت حمل دو نفر را دارد که با کمترين تلاش مي توانند سرعت خود را به حدود 40 کيلومتر در ساعت برسانند که به نظر بسيار سريع مي آيد.
اين وسيله در مقايسه با انواع دوچرخه از توانايي بسيار بالاتري برخوردار بوده چون حرکت با دوچرخه با سرعت حدود 32 کيلومتر در ساعت امکان پذير است اما از آن به بعد فشار باد، مانع افزايش بيشتر سرعت در شرايط عادي مي گردد و از اين سرعت به بالا به طور مثال 64 کيلومتر ساعت دوچرخه سوار مي بايست تلاش خود را هشت برابر کند.
به طور کلي براي سريع تر رفتن دو راه وجود دارد: افزايش نيروي توليدي و کاهش ميزان مقتاومت در مقابل باد.
آقاي چستر کايل که يک مهندس مکانيک در دانشگاه ايالتي کاليفرنيا بوده در سال 1972 تصميم به انجام آزمايشي گرفت که مشخص کند تا چه ميزان و چگونه مي توان با کاهش مقاومت در مقابل باد، سرعت حرکت دوچرخه افزايش داد. او اقدام به ساخت دوچرخه اي بسيار مدرن طراحي نمود که حداقل ميزان مقاومت در مقابل باد را داشته باشد و با همين وسيله يک دوچرخه سوار در المپيک سال 1974 توانست بهترين رکورد سرعت دوچرخه را به دست آورد. سه سال بعد از آن يک دوچرخه سوار آماتور به نام برايان آلن موفق شد اولين هواپيمايي را که با نيروي انسان به حرکت درمي آيد، طراحي کند ولي مشخص شد که کارايي لازم را ندارد. اما حمل و نقل زميني کاملا متفاوت است.
دوچرخه ها و سه چرخه هايي که داراي يک قاب همانند گلوله هستند، کارآمدترين وسايط نقليه زميني به حساب مي آيند و چنان چه داراي موتور بودند ميزان مصرف آنها به قدري کم بود که مي توانستند با هر ليتر بنزيني حدود 1000 کيلومتر سفر کنند.
آقاي «سام ويتينگ هام» سازنده دوچرخه در بريتيش کلمبيا، سال گذشته موفق گرديد اولين شخصي باشد که با استفاده از نيروي خود توانسته به سرعتي معادل يک دهم سرعت صورت يعني 132 کيلومتر در ساعت با دوچرخه دست پيدا کند. وسايط نقليه اي که با استفاده از نيروي انسان به حرکت درمي آيند بدون شک داراي راندمان بالايي هستند.
واقعيت اين است که 100 وات مي تواند شما را به سرعت هاي 48 تا 96 کيلومتر در ساعت برساند که واقعا شگفت آور است. در مقابل شهرهايي را در نظر بياوريد که گرفتار هزاران وسيله نقليه در ترافيک بوده که سوخت بسيار زياد و انرژي فوق العاده اي را مصرف مي کنند و در آنجاست که ارزش چنين وسائط نقليه اي مشخص مي گردد.

توان هيبريدي
 

آقاي «پل مک کريدي» مهندس هوافضا دنياي اتومبيل هاي برقي را با اختراع Gossamer Condor دگرگون کرد و اين کار را در آخرين دهه زندگي خود انجام داد. وي اعتقاد داشت که دوچرخه هاي هيبريدي از ميان تمام گزينه هاي صرفه جويي در مصرف انرژي، عملي تر هستند.
اختراع وي به نام چارجر (Charjer) عبارت از يک دوچرخه برقي بود که تغييرات کوچکي روي آن انجام شده که عبارت بودند از موترو برقي که توان توليدي آن نيم اسب بخار بوده و مي توانست نيرويي را که سوارکار به آن وارد مي کند حس کرده و آن را با تواني بيشتر مورد استفاده قرار دهد.
دارنده اين دوچرخه مي توانست آن را پارک کرده، بعد از قفل نمودن و جدا کردن باتري و همين طور واحد کنترلي آن و قرار دادن اين بخش ها در چيزي شبيه کيف دستي، به انجام کارهاي خود بپردازد. دوچرخه هاي هيبريدي بسيار پيشرفته امروزي در واقع دستاورد آقاي مک کريدي بودند که خود فرصت رويت آنها را پيدا نکرد.
در حال حاضر دوچرخه هايي ساخته شده اند که با استفاده از سوخت هيدروژن کار مي کنند يعني از نوع سلول سوختي هستند که ساخت شرکت هيدروژن پرا در شانگهاي چين بوده و همين طور دوچرخه هاي خورشيدي که انرژي خود را از طريق سلول هاي فتوولتيک انجام مي دهند.
يکي از معروف ترين دوچرخه هاي هيبريدي، تسلا رودستر بوده که به آن اپتي بايک نيز مي گويند که قيمت آن 13 هزار دلار بوده و مجهز به موتوري است که به وسيله روغن خنک مي شود. عملکرد بسيار کم صدايي دارد و توان توليدي آن معادل 850 وات است.
شرکت «لوئيس هيز» اقدام به ساخت يک دوچرخه از نوع نيمه خوابيده به ارزش 2450 دلار نموده که قادر به سواري دادن به هر سوار کار با هر جثه اي است. اين دوچرخه مجهز به يک باتري با توان 750 وات و يک گيربکس دور متغير دائمي به نام نووينچي بوده که امکان تعويض دنده همانند انواع اتومبيل را فراهم مي آورد يعني تعويض دنده ها بدون استفاده از هر سيم و کابل و به صورت اتوماتيک انجام مي گيرد.
در اين دوچرخه امکان نصب GPS در شاسي لوله اي شکل کاملا قطور آن وجود دارد که در صورت دزديده شدن، مي توان آن را ردگيري کرد و يک چتر از سلول هاي فتوولتيک که هنگام پارک کردن دوچرخه و به منظور شارژ باتري مي توان آن را باز کرد و در معرض نور خورشيد قرار داد. مشتريان اين دوچرخه ويژه به هيچ عنوان از گروه دوچرخه سواران نخواهند بود بلکه رانندگان و اتومبيل داراني هستند که مايلند از خودروي خود استفاده نکرده و آن را در پارکينگ قرار دهند.

آزمايش Homer Simpson
 

سال 2006 در همايشي در شهر نيويورک، فردي به نام «فرد جيمز» اقدام به ارائه توضيحاتي در مورد يکمونوريل نمود که به وسيله نيروي انساني به حرکت در آيد. در طرح وي از قوانين ساده فيزيکي استفاده شده و خود او اعتماد دارد که حتي در ساخت سيستم هاي حمل و نقل عمومي چنان چه قسمت هاي مختلف آن را به صورت سبک وزن توليد کنند، نيازي به صرف نيروي زياد براي به حرکت درآوردن آن نيست. يک آهو که سرعت دويدن او سه برابر يک فيل بود، نيازي به داشتن قلبي بزرگي يک فيل ندارد. وي مي گويد سيستم حمل و نقل از وسايط نقليه يکصد تني براي جابه جايي مردم استفاده مي کند و اين همانند آن است که هر فردي يک زره زنجيري به وزن 182 کيلوگرم بر تن کند. چنان چه طراحي و ساخت تلفن هاي همراه نيز به همين صورت انجام گيرد (يعني به صورتي که وسايط حمل و نقل عمومي ساخته مي شدند) يک گوشي تلفن همراه به قدري بزرگ و سنگين مي شود که مي بايست آن را به وسيله کوله پشتي حمل کرد.
آقاي جيمز بعد از دريافت پاسخ مثبت در عين حال هيجان انگيز شرکت «اتوفري» اقدام به اصلاح ايده خود نمود و مشغول پياده سازي نقشه ايجاد مونوريل روي کاغذ شد. طول اين خط که قرار بود احداث شود بالغ بر 11 کيلومتر بود که از نقطه اي از شهر نيويورک به نام سمت شمال شرقي شروع شده و به پل بروکلين ختم مي گرديد يعني جايي که فقط انواع و اقسام وسايط نقليه در حال تردد هستند.
او براي اينکه متوجه شود شهرها مي بايست به چه صورتي باشند، به سمت ايستگاه مرکزي رفت و در نقطه اي ايستاد و به گاردريل فولادي که خيابان را از پياده رو جدا کرده و مانع از برخورد عابران با اتومبيل ها و ساير وسايط نقليه مي شد اشاره کرد. او مي گفت چنين خطي نيازي نيست پهن تر از اين باشد. حتي در شهرهايي مانند آمستردام فقط 40 تا 50 درصد مردم دوچرخه سواري مي کنند. براي توسعه فرهنگ دوچرخه سواري (از کودکان تا افراد کهنسال) بايد زيرساخت آن را به گونه اي ارزان قيمت ايجاد کرد. بد نيست بدانيد هزينه متروي نيويورک که به متروپولتين معروف بوده، سالانه بالغ بر 9 ميليارد دلار است. اما با کمتر از يک ميليون دلار مي توان اقدام به ساخت يک مدل ابتدايي براي حمل و نقل نمود که حتي شعاع بيشتري را تحت پوشش قرار دهد.
انرژي هسته اي يا خورشيدي از تکنولوژي هايي است که براي اغلب ما انسان ها مانند جادوگري است! نکته که در مورد اغلب برنامه هاي استفاده از نيروي انساني وجود دارد، اين است که آنها صرفا بر اساس استفاده انحصاري از نيروي انسان نيستند بلکه تا حدودي از نيروي کمکي جاذبه باد و يا انرژي برقي نيز در آنها استفاده مي شود. هنگامي که شما در مورد به کار گيري گسترده نيرو انساني صحبت مي کنيد مي بايست با حقايق دشواري که مربوط به روانشناسي انسان بوده، مواجه شويد.

ژنراتور انساني
 

تصور کنيد بدون استفاده از نيروي برق شبکه سراسري، تا چه ميزان مي توانيد حرکت کنيد؟ هنگامي که دانشمندان در مورد برداشتانرژي ها از نوع پارازيتي فکر مي کنند، به بدن انسان به گونه ديگري مي نگرند و از سر تا پا را با دقت مورد مطالعه قرار مي دهند.
همان گونه در تصوير بالا ملاحظه مي کنيد مجموع برق توليدي 151 وات است که چنين ميزان برق انرژي مورد نياز 75 تلفن با 7نيننتد و يا يک کامپيوتر نوت بوک و يا يک تلويزيون ال سي دي 32 اينچ را تامين مي کند.
آقاي «تاد استاريز» متخصص کامپيوتر، کشف کرده که در حدود 390 مگانيوتن انرژي در بدن يک انسان معمولي ذخيره شده که معادل 93150 کالري است. حال اگر حتي بخش کوچکي از چنين نيرويي بتواند مورد استفاده قرار گيرد، مقدار زيادي است فقط مي بايست راهي براي خارج کردن و استفاده از آن پيدا شود که بتوان آن را ذخيره و سپس توزيع کرد.
منبع : نشريه نوآور شماره 60