به گزارش پژوهشگاه فضای مجازی؛ از اولین زمزمه های شروع مفاهیم مربوط به صنعت نسل 4 در سال 2017 اهمیت و نقش فناوری های تحول آفرین مانند هوش مصنوعی¹و اینترنت اشیا² در کنار اهمیت توسعه با استفاده از ظرفیت های دیجیتال با اولویت حفاظت از منابع طبیعی برای کارشناسان مشخص شد. هرچند که محققان از سال ها قبل تر نیز به اهمیت و نقش فناوری های نوین در حفاظت از منابع اکوسیستم سیاره ای و توسعه پایدار پی برده بودند. روند رشد صنعت بر مبنای اتوماسیون و دیجیتالی سازی خطوط تولید کارخانجات بین سال های 1984 و 2017 به بعد و افزایش مصرف انرژی های فسیلی، منابع آبی و سایر منابع طبیعی منجر به مراحل جدیدی در رشد اقتصاد بین المللی شدند و همزمانی احداث کارخانجات و صنایع تولیدی و تبدیلی عمدتا آلاینده از جمله صنایع شیمیایی، فلزات و استخراج های معدنی در کنار روند افزایش جمعیت زمین و افزایش تولید ضایعات و پسماند ها و انتشارشان در طبیعت، چالش ها و نگرانی های جدی در زمینه آلودگی اکوسیستم سیاره ای و میزان تاب آوری منابع طبیعی در اثر توسعه صنعتی را به وجود آوردند. طبق گزارش های آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده، صنایع شیمیایی از سال 2011 به تنهایی بیش از 800 میلیون تن گازهای گلخانه ای³ تولید کرده اند [1]. با این وجود رشد سریع راه حل های مبتنی بر فناوری هایی مانند هوش مصنوعی، رباتیک، اینترنت اشیا و بلاکچین را می توان نقطه عطف برای کارشناسانی دانست که به دنبال روش هایی برای ایجاد توازن بین رشد اقتصادی و اجتماعی در کنار کاهش میزان آلاینده هایی مانند کربن در محیط زیست هستند. با انقلاب دیجیتال و صنعت نسل 4 دو سوال کلیدی که در ذهن کارشناسان شکل گرفتند به این ترتیب بودند : 1-آیا باید توسعه صنعتی را همیشه آسیب زننده به اکوسیستم بدانیم؟ 2-آیا راهکار های بدست آمده از دل فناوری های دیجیتال می توانند روند توسعه صنعتی را با اولویت حفاظت از منابع طبیعی بهبود دهند؟ این جاست که ترکیب مفاهیم صنعت نسل 4 با فناوری های دیجیتال مانند اینترنت اشیا و هوش مصنوعی باعث شکل گیری سیستم های صنعتی هوشمندی با نام دوستدار محیط زیست مانند EID ⁴ ها شده اند که در 3 حوزه پایش عوامل، کنترل فرآیند ها و مدیریت بهینه فاکتور های موثر در حفظ محیط زیست تمرکز دارند [2]. بر اساس تخمین ها پیاده سازی مفاهیم صنعت نسل 4 در فرآیند های صنعتی کشور ها تا سال 2030 می تواند انتشار گاز های گلخانه ای را تا 15 درصد کاهش دهد. به نظر می رسد با توجه به روند روز افزون توجه به مباحثی مانند گرمایش زمین، لزوم کاهش آلاینده ها، استفاده هرچه بیشتر از منابع انرژی تجدید پذیر و توسعه با کمترین میزان آسیب به محیط زیست تا سال 2030، سیستم های مبتنی بر پلتفرم های EID دارای درصد بالایی از بازار کسب و کار های تجاری و صنعتی خواهند شد. فرآیند های تولید سبز⁵، توزیع سبز⁶ و بازیافت سبز⁷ در قالب نظام صنعتی سبز⁸ را می توان هدف اصلی توسعه ساختار های صنعتی نسل چهارم EID به شمار آورد.

توسعه صنعتی تاثیرات مستقیمی بر روی رشد اقتصادی دارد و در این بین صنایع آلاینده نیز به عنوان بخشی از زنجیره صنعتی-اقتصادی دارای ایفای نقش مولد هستند. از اواخر دهه 1700 و اوایل دهه 1800(عصر آغاز انقلاب صنعتی)، فعالیت های صنعتی کشورها باعث انتشار غلظت های بالاتر گازهای گلخانه ای شده اند که در ادامه منجر به افزایش درجه حرارت در سطح جهانی و تغییرات اقلیمی می شوند. صنایع آلاینده مانند پتروشیمی ها و کارخانجات شیمیایی بخش بزرگی از صنایع مولد ثروت در کشور های دارای رشد بالای تولید ناخالص ملی از جمله چین را تشکیل می دهند. تنها در سال 2017 بیش از 12 درصد از صنایع مولد کشور چین مربوط به کارخانجات شیمیایی بوده اند که در عین حال به عنوان صنایع دارای ریسک بالا در زمینه آسیب به انسان ها و محیط نیز دسته بندی می شوند[3]. اوضاع در سایر کشور های در حال توسعه مانند هندوستان و برزیل نیز کمابیش مشابه است و صنایع حادثه خیز آسیب رسان به طبیعت درصد بالایی از تولیدی های مولد این کشور ها را تشکیل می دهند. مصرف سوخت های فسیلی مانند نفت، گاز و زغال سنگ روی دیگر سکه توسعه اقتصادی آسیب رسان به طبیعت است. درصد بالایی از نیاز های انرژی کشور هایی مانند شیلی و ویتنام از سوختن زغال سنگ تامین می شود. رشد فزاینده گاز های گلخانه ای در کنار رشد شهرنشینی نشانگر آن است که انسان امروزی حداقل از بعد صنعتی در 4 حوزه تولید، شبکه های توزیع، ایمنی، آلودگی و پسماند های حاصل از فعالیت هایش دارای مشکل مدیریت صحیح می باشد و این موضوع در ادامه با اضافه شدن فاکتور هایی مانند فرسایش خاک، افزایش جمعیت، استحصال روز افزون انرژی، در معرض انقراض قرار گرفتن گونه های گیاهی و جانوری و گرمایش زمین نگرانی هایی جدی را درباره آینده سیاره ایجاد نموده است. کارشناسان عقیده دارند ما در ششمین دوره انقراض حیات گیاهی و جانوری از 500 میلیون سال گذشته قرار داریم که بدترین دوره انقراض از 65 میلیون سال قبل نیز محسوب می شود.

از سال 1784 تا به امروز روند پیشرفت صنعت با معرفی فناوری هایی به نسل های مختلف تقسیم بندی شده است و امروزه با معرفی سیستم های هوشمند و راهکار های هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا، هوش مصنوعی و ابزار های دیجیتال در نسل چهارم صنعت قرار داریم. صنعت نسل چهارم که از سال 2017 به بعد معرفی شده است دارای 3 فاکتور مهم انسان، کسب و کار و اشیا می باشد و مهمترین ویژگی این نسل از صنعت را می توان در ارتباط و تلفیق هوشمند انسان با ابزار ها و عوامل محیطی برای رسیدن به راهکار های بهینه دانست. بر اساس آمار ها، بازار جهانی راهکار های مبتنی بر صنعت 4 در سال 2020 بالغ بر 86.03 میلیارد دلار بوده است و پیش بینی می شود تا سال 2026 این رقم با نرخ رشد 20.71 درصدی به بیش از 267 میلیارد دلار برسد [4]. صنعت نسل چهارم نه به عنوان یک فناوری خاص بلکه مجموعه ای از فناوری هایی مانند اینترنت اشیا و RFID می باشد که عنصر ارتباط بین اجزا را در یک فرآیند کسب و کار صنعتی فراهم می سازند و همین ویژگی در کنار اضافه شدن فناوری های پردازش گر مانند هوش مصنوعی نه تنها به باز شدن ابعاد جدیدی از فعالیت های صنعتی و اقتصادی با اولویت حفظ محیط زیست کمک می نماید بلکه با قرار دادن انسان به عنوان یکی از ضلع های تلفیق هوشمند اجزا، درک تصمیم گیرندگان در باره خطر سرایت آسیب های وارد شده به محیط به عنوان یکی از اجزا و سرایت آن به انسان را نیز بهبود می بخشد. این موضوع از همان سال های شکل گیری مفاهیم صنعت نسل 4 در کنار مطرح شدن فناوری هوش مصنوعی به اندازه ای اهمیت داشت که کارشناسان در اجلاس سازمان ملل در زمینه هوش مصنوعی با تاکید بر اکوسیستم سیاره ای به این اشتراک نظر رسیدند که فناوری های هوشمند پتانسیل کمک به رشد سیستم های مبتنی بر رفاه اجتماعی در عین کمک به بهره گیری متوازن از طبیعت با کمینه ایجاد آسیب را دارند. سیستم های صنعتی EID ماهیت خود را مدیون تلفیق فناوری های دیجیتال با فرآیند های صنعتی نسل 4 هستند.

یک پلتفرم صنعتی هوشمند نسل چهارم EID را می توان مجموعه ای متشکل از ابزار های مبتنی بر هوش مصنوعی، اینترنت اشیا و عملگر های رباتیک دانست که در فرآیند های مربوط به تولید، توزیع و بازیافت یک محصول صنعتی نقش دارند. این فناوری ها علاوه بر کاربرد در یک نظام صنعتی قابلیت عملکرد به صورت موردی در سایر بخش ها را نیز دارند. به عنوان مثال ابزار های مبتنی بر هوش مصنوعی از جمله سیستم های پردازش داده ها در حداقل 3 حوزه کلیدی مربوط به پایش و کنترل عوامل محیطی می توانند کاربرد داشته باشند. گزارشی که در سال 2018 توسط موسسه PWC تحت عنوان " استفاده از هوش مصنوعی برای زمین" منتشر شد بیش از 80 مورد کاربرد هوش مصنوعی را در حفاظت از محیط و توسعه پایدار ذکر کرده است[5]. بر اساس این گزارش سیستم های مبتنی بر یادگیری ماشین⁹ می توانند در مدیریت عوامل آلوده کننده محیط زیست به خصوص در صنایع آلاینده کاربرد داشته باشند. از سیستم های پردازش تصویر و بینایی ماشین¹⁰ می توان در پردازش داده های ماهواره ای مربوط به پایش جنگل ها، مراتع و اثرات آلاینده رشد شهر ها استفاده کرد. شبکه های عصبی مصنوعی¹¹ نیز می توانند در مدیریت بازیافت پسماند ها به خصوص پسماند های شیمیایی کاربرد های وسیع داشته باشند. انگلستان برنامه ریزی ویژه ای برای تزریق فناوری های مدیریتی بر اساس AI به شبکه صنایع خود تا سال 2050 انجام داده است. کشور چین نیز یک برنامه جامع توسعه صنعتی پایدار با نگاه به محیط زیست با استفاده از هوش مصنوعی تحت عنوان ICGOSD¹² طراحی نموده است [6].

با توسعه اینترنت اشیا به عنوان یکی از فناوری های کلیدی نسل چهارم این ایده که "همه چیز به هم متصل است" در حال تبدیل شدن به واقعیت می باشد. اینترنت اشیا یک مزیت برای صنعت انبار و تدارکات بر اساس پردازش های مربوط به موجودی کالا و حمل و نقل به خصوص برای مواد خطرآفرین برای انسان و طبیعت محسوب می شود. ترکیب تگ های RFID با فناوری ردیابی ماهواره ای باعث ایجاد یک شبکه ردیابی کالا به صورت آنلاین و برخط شده است که امکان تعیین وضعیت و آگاهی از محصول را در هر مرحله از انبار و حمل و نقل زمینی، هوایی و دریایی فراهم می سازد. این موضوع امکان ردیابی بهینه محصولات خطرآفرین برای انسان و طبیعت را در زنجیره تولید و توزیع فراهم می کند. اینترنت اشیا همچنین در کشاورزی نیز کاربرد وسیع دارد. از ابزار های مبتنی بر IOT می توان در سطوح زیر کشت و گلخانه های هوشمند در سنجش بهینه پارامتر هایی مانند مدیریت میزان مصرف منابع آب، کیفیت خاک و مصرف کود ها استفاده نمود که به نوبه خود تاثیر بالایی در کاهش آسیب رسانی به منابع طبیعی دارند. فناوری های مبتنی بر صنعت نسل 4 می توانند به کشاورزان کمک نمایند تا با استفاده پایدارتر از منابع از سطح کشت و نحوه تولید محصول بهینه تری برخوردار باشند.

سیستم های رباتیک هوشمند بخش دیگری از فناوری های صنعت 4 را تشکیل می دهند. استفاده از ربات های هوشمند در فرآیند های تولیدی و صنعتی دقت عملیاتی را تا حد قابل توجهی بالا می برد. این موضوع به خصوص در حوزه هایی مانند کشاورزی که مستقیما با منابع طبیعی سرو کار دارند باعث کاهش ضایعات و دور ریز منابع می شود. استفاده از عملگر های رباتیک در صنایع با محوریت کاهش ضایعات و کاهش خطرات انتشار مواد سمی را می توان یکی از نقاط قوت پلتفرم های EID به شمار آورد.

بر اساس برآورد های سازمان های محیط زیستی، سرعت انقراض گونه های گیاهی و جانوری در دوران فعلی بین 1000 تا 10 هزار برابر رشد داشته است و با روند فعلی تا سال 2050 بیش از یک سوم تا نیمی از گونه های گیاهی و جانوری منقرض خواهند شد. موضوع نگران کننده این است که بر اساس تخمین ها بیش از 99% عوامل انقراض، ریشه در فعالیت های انسانی دارند [7].



روند توسعه صنعتی بشر امروزی آسیب های جبران ناپذیری به محیط زیست در مقیاس سیاره ای زده است و جبران این موضوع جز با استفاده از ابزار های فناوری میسر نیست. خوشبختانه در سال های اخیر توجه به توسعه صنایع سبز جایگاه خوبی در افکار عمومی و نخبگان داشته است. موضوعی که در ادامه چشم انداز توسعه کسب و کار های فناوری محور سبز را نوید می دهد. بررسی ها نشان می دهند تا سال 2020 بازار فناوری های سبز رقمی بالغ بر 10.76 میلیارد دلار بوده است و پیش بینی می شود این رقم تا سال 2028 به 76.55 میلیارد دلار برسد [8]. تا قبل از مطرح شدن مفاهیم صنعتی سبز رشد صنعتی رابطه ای مستقیم با به خطر انداختن منابع و آسیب به طبیعت داشت. اما تجربیات جدید نشان داده اند که استفاده از ابزار هایی مانند هوش مصنوعی و اینترنت اشیا در صنعت نه تنها می توانند به پیاده سازی طرح های توسعه پایدار با اولویت حفظ منابع طبیعی کمک نمایند بلکه در ادامه منجر به خلق روش های نوآوری محوری نیز می شوند که اولویت شان رشد اقتصادی و اجتماعی در عین کاهش آسیب رسانی به اکوسیستم سیاره ای می باشد. ویژگی تلفیق شدن اشیا، محیط و انسان به درک صحیحی از وضعیت فعلی و آینده روند توسعه ابعاد زندگی بشری منجر می شود و این موضوع اهمیت پیاده سازی سیستم های صنعتی دوستدار محیط زیست، مبتنی بر مفاهیم صنعت نسل 4 را به خوبی آشکار می سازد.


میثم عباسی (کارشناس ارشد مکاترونیک دانشگاه محقق اردبیلی)
تهیه در گروه کشاورزی و منابع طبیعی دیجیتال پژوهشگاه فضای مجازی

1 : “GHGRP Chemicals.” EPA. Environmental Protection Agency, November 9, 2020. https://www.epa.gov/ghgreporting/ghgrp-chemicals#2018-subsector.
2 : Nolan, Timothy. 2012. "Eco-Industrial Development A 21Stcentury Strategy For Industrial Sustainability Concepts And Applications". Minnesota Pollution Control Agency. https://www.pca.state.mn.us/sites/default/files/eid_21st_century_strategy.pdf.
3 : Mao, Shuai, Bing Wang, Yang Tang, and Feng Qian. "Opportunities and challenges of artificial intelligence for green manufacturing in the process industry." Engineering 5, no. 6 (2019): 995-1002.
4 : "Industry 4.0 Market | 2021 - 26 | Industry Share, Size, Growth - Mordor Intelligence". 2021. Mordorintelligence.Com. https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/industry-4-0-market.
5 : Herweijer, Celine, and Dominic Waughray. "Fourth Industrial Revolution for the Earth: Harnessing Artificial Intelligence for the Earth." In PWC. 2018.
6 : عباسی, میثم, and مهرداد قادری. 2021. "کاربرد های هوش مصنوعی در توسعه صنایع نسل ۴ سبز". En.Civilica.Com. https://en.civilica.com/doc/1243856/.
7 : "Extinction Facts By World Animal Foundation". 2021. Worldanimalfoundation.Org. https://www.worldanimalfoundation.org/wild-earth/extinction-crisis/.
8 : "Green Technology And Sustainability Market Size, Share & Forecast". 2021. Verified Market Research. https://www.verifiedmarketresearch.com/product/green-technology-and-sustainability-market/.