زهرا وجدانی: رشد فناوری‌های مبتنی بر نانومهندسی سطح در سال‌های اخیر، مسیر تازه‌ای را در توسعه مواد، پوشش‌ها و تجهیزات هوشمند ایجاد کرده است. در این میان ابزار‌های سنجش دقیق خواص سطحی مواد نقش کلیدی در صنعت و پژوهش دارند؛ چرا که رفتار سطح در مقیاس نانو، تعیین‌کننده عملکرد نهایی مواد در حوزه‌هایی، چون رنگ، پوشش، پزشکی، خودروسازی و تجهیزات پیشرفته است. در چنین فضایی، توسعه یک دستگاه بومی که بتواند با دقت علمی بالا، زاویه تماس (Contact Angle) و کشش سطحی را اندازه‌گیری کند و همزمان مجهز به فناوری هوش مصنوعی (AI) باشد گامی مهم برای ارتقای توان فناورانه کشور محسوب می‌شود.
در این گزارش با تکیه بر گفتوگو با امیر بحرینی عضو هیات‌مدیره شرکت نانو مهندسی سطح ژیکان، به بررسی روند شکل‌گیری این فناوری، اهمیت علمی آن، ویژگی‌های فنی دستگاه، مزیت اقتصادی و برنامه‌های آینده آن می‌پردازیم.
از ایده تا محصول دانش‌بنیان؛ روایت شکل‌گیری یک نوآوری ایرانی
این شرکت ایرانی امروز به عنوان یکی از فعالان فناور در حوزه تجهیزات آزمایشگاهی پیشرفته شناخته می‌شود؛ اما مسیر رسیدن به محصول نهایی مسیری کوتاه و ناگهانی نبوده است.
امیر بحرینی در گفتوگو با خبرنگار علمی برنا درباره نقطه آغاز این پروژه می‌گوید: ایده اولیه این فناوری از سوی استاد دانشگاه این تیم مطرح شد. پس از بازگشت ایشان از کانادا، در دانشکده مکانیک دانشگاه تهران ایده دستگاه اندازه‌گیری زاویه تماس با رویکرد نوآورانه مطرح شد و تیم جوانی که بعد‌ها ژیکان را شکل داد، روی آن متمرکز شد.
به گفته او هسته اولیه پروژه در سال ۱۳۹۳ تشکیل شد و حدود سه سال توسعه اولیه آن به طول انجامید. سپس اولین محصول تجاری این شرکت در سال ۱۳۹۶ وارد بازار شد. بحرینی در ادامه توضیح می‌دهد: آخرین نسخه محصول که قابلیت هوش مصنوعی به آن افزوده شده در سال ۱۴۰۳ استارت خورد و در سال ۱۴۰۴ علاوه بر دانش‌بنیان شدن محصول موفق به کسب گواهی نانومقیاس و تجاری‌سازی رسمی شد.
این روند نشان می‌دهد که محصول فعلی حاصل بیش از یک دهه تجربه، توسعه و آزمون‌وخطاست؛ در نتیجه پشتوانه علمی و مهندسی قابل‌اتکایی دارد.
زاویه تماس چیست و چرا اهمیت دارد؟
ماهیت عملکرد این دستگاه بر پایه علم سطح (Surface Science) و بررسی رفتار مواد در مقیاس نانو است. بحرینی در توضیح این مفهوم با ذکر مثالی ملموس می‌گوید: حتما دیده‌اید در برخی سطوح، قطره آب پخش می‌شود و روی سطح می‌خوابد، اما روی برخی سطوح دیگر جمع می‌شود، می‌غلتد و حرکت می‌کند. دسته اول سطوح آب‌دوست (Hydrophilic) و دسته دوم سطوح آب‌گریز (Hydrophobic) نام دارند.
شاخص علمی سنجش این رفتار زاویه تماس است. زمانی که یک قطره روی سطح قرار می‌گیرد، زاویه‌ای بین خط مماس قطره و سطح تشکیل می‌شود که اندازه آن نشان‌دهنده میزان آب‌دوستی یا آب‌گریزی سطح است.
• هر چه این زاویه کمتر باشد → سطح آب‌دوست‌تر است.
• هر چه زاویه بیشتر باشد → سطح آب‌گریزتر محسوب می‌شود.
این پارامتر در حوزه‌های مختلفی از جمله رنگ و پوشش، خودروسازی، نفت و گاز، بیومتریال، پزشکی، نساجی و خطوط انتقال کاربرد مستقیم دارد و تعیین‌کننده کیفیت عملکرد سطوح در تماس با مایعات است.
ارتباط نانومقیاس با پدیده زاویه تماس
تفاوت ساختار سطوح در مقیاس نانو یکی از عوامل اصلی ایجاد ویژگی‌های آب‌گریزی یا آب‌دوستی است. بحرینی در ادامه می‌گوید: قابلیت نانویی این محصول مربوط به علمی است که پشت موضوع قرار دارد. یعنی رفتار قطره و شکل‌گیری زاویه تماس روی سطح، ماهیتی نانومقیاس دارد.
او برای توضیح این مفهوم به اثر لوتوس یا پدیده آب‌گریزی برگ نیلوفر آبی (Lotus Effect) اشاره می‌کند: در طبیعت برخی سطوح مانند برگ لوتوس به طور طبیعی آب‌گریز هستند. این ویژگی الهام‌بخش توسعه سطوح آب‌گریز مهندسی‌شده شده است. ساختار سطح برگ در مقیاس نانو دارای شکل و شاکله‌ای است که باعث کاهش چسبندگی آب می‌شود. دستگاه ما نیز در حوزه نانو مهندسی سطح دقیقا برای مطالعه همین رفتار‌ها طراحی شده است؛ بنابراین این دستگاه نه تنها یک ابزار اندازه‌گیری است، بلکه در پژوهش‌های نانوفناوری مرتبط با طراحی سطوح هوشمند نقش محوری ایفا می‌کند.
هوش مصنوعی؛ حذف خطای انسانی در اندازه‌گیری زاویه تماس
یکی از برجسته‌ترین نوآوری‌های دستگاه Surface CharacterizationTools Contact Angle Goniometer اضافه شدن ماژول هوش مصنوعی است. اندازه‌گیری زاویه تماس در روش‌های رایج نیازمند حضور اپراتور متخصص و تنظیمات دقیق نرم‌افزاری است. بسیاری از خطا‌ها زمانی رخ می‌دهد که کاربر در تعیین مرز قطره و سطح یا انتخاب نقاط تحلیل دقت کافی نداشته باشد.
بحرینی درباره نقش هوش مصنوعی در ارتقای دقت دستگاه توضیح می‌دهد: اندازه‌گیری زاویه تماس نیاز به اپراتور دارد تا تنظیماتی روی نرم‌افزار انجام دهد. کاربر باید سطح میان قطره و سطح را تشخیص دهد تا نرم‌افزار بتواند زاویه را محاسبه کند. ما با توسعه نرم‌افزار همزمان با سخت‌افزار توانستیم این فرآیند را مجهز به سیستم پردازش تصویر کنیم. هوش مصنوعی آمده تا نیاز به این مرحله از دخالت انسان را حذف کند. یعنی خودِ نرم‌افزار به جای اپراتور سطح را تشخیص می‌دهد و زاویه نیز از طریق پردازش تصویر محاسبه می‌شود.
هوش مصنوعی؛ حذف خطای انسانی در اندازه‌گیری زاویه تماس
یکی از برجسته‌ترین نوآوری‌های این دستگاه، اضافه شدن ماژول هوش مصنوعی است. اندازه‌گیری زاویه تماس در روش‌های رایج نیازمند حضور اپراتور متخصص و تنظیمات دقیق نرم‌افزاری است. بسیاری از خطا‌ها زمانی رخ می‌دهد که کاربر در تعیین مرز قطره و سطح یا انتخاب نقاط تحلیل دقت کافی نداشته باشد.
بحرینی درباره نقش هوش مصنوعی در ارتقای دقت دستگاه توضیح می‌دهد: اندازه‌گیری زاویه تماس نیاز به اپراتور دارد تا تنظیماتی روی نرم‌افزار انجام دهد. کاربر باید سطح میان قطره و سطح را تشخیص دهد تا نرم‌افزار بتواند زاویه را محاسبه کند. ما با توسعه نرم‌افزار همزمان با سخت‌افزار توانستیم این فرآیند را مجهز به سیستم پردازش تصویر کنیم. هوش مصنوعی آمده تا نیاز به این مرحله از دخالت انسان را حذف کند. یعنی خود نرم‌افزار به جای اپراتور، سطح را تشخیص می‌دهد و زاویه نیز از طریق پردازش تصویر محاسبه می‌شود.
به گفته او AI علاوه بر افزایش دقت، باعث تکرارپذیری آزمون و حذف خطای انسانی شده است؛ موضوعی که برای آزمایشگاه‌ها، مراکز تحقیقاتی و صنایع حساس اهمیت بسیار دارد.
طراحی ماژولار؛ یک مزیت استراتژیک برای کاربر و بازار
یکی دیگر از نقاط تمایز این محصول نسبت به نمونه‌های خارجی ماژولار بودن آن است. به‌گونه‌ای که اجزای دستگاه قابلیت ارتقا، تعویض، تعمیر و سفارشی‌سازی دارند. بحرینی درباره این ویژگی می‌گوید: دستگاه ما ماژولار است و می‌توان گفت نخستین دستگاه ماژولاری است که قابلیت AI را به آن اضافه کرده‌ایم. این ماژولار بودن هم برای کاربر، هم برای تعمیر و هم برای ارتباط با خدمات پس از فروش مزیت دارد. اگر بخشی از دستگاه دچار اشکال شود، مشتری نیاز ندارد کل دستگاه را ارسال کند، بلکه همان ماژول قابل تعویض یا تعمیر است.
یکی از نکات مهم این است که ماژول هوش مصنوعی قابل نصب روی دستگاه‌های پیشین نیز هست. کاربران قبلی می‌توانند تنها با یک ارتقای نرم‌افزاری به نسخه جدید مجهز شوند؛ اقدامی که بسیاری از شرکت‌های خارجی با هزینه‌های بالا انجام می‌دهند.
نمونه‌های خارجی؛ کیفیت مشابه اما با چند برابر قیمت
دستگاه‌های اندازه‌گیری زاویه تماس سال‌هاست توسط کشور‌های پیشرو تولید می‌شوند. برخی از شناخته‌شده‌ترین برند‌های جهانی عبارتند از:
• Biolidng
• Krüss (کروس)
• و چند شرکت اروپایی و آسیایی دیگر
این شرکت‌ها سابقه طولانی در تولید دستگاه دارند، اما تفاوتی که امروز موقعیت رقابتی ژیکان را برجسته می‌کند، قیمت نهایی در برابر کیفیت مشابه است.
به گفته بحرینی قابلیت‌های دستگاه‌ها ممکن است تا حدی مشابه باشد، اما تفاوت چشمگیر در قیمت است. متوسط قیمت نمونه خارجی این دستگاه حدود ۱۰ هزار دلار است و دستگاه‌های تاپ این حوزه به ۱۲ هزار دلار هم می‌رسند. ما در بالاترین سطح دستگاهی را با نصف قیمت آنها عرضه می‌کنیم. در برخی مدل‌ها حتی یک‌سوم قیمت نمونه خارجی است.
از سال ۱۳۹۷ تاکنون حدود ۵۰ دستگاه به دانشگاه‌ها و مراکز صنعتی و پژوهشی کشور فروخته شده است؛ آن هم پیش از اضافه شدن هوش مصنوعی. این نشان می‌دهد که بازار داخلی به کیفیت محصول ایرانی اعتماد کرده است.
نکته قابل توجه این است که طبق بازخورد یکی از کاربران که تجربه کار با نمونه خارجی در دانشگاهی خارج از ایران را داشته، دستگاه ایرانی از لحاظ کاربری (User Friendly بودن) روان‌تر، ساده‌تر و بدون باگ‌هایی بوده که در نمونه خارجی مشاهده شده است.
صرفه‌جویی ارزی قابل توجه برای کشور
با توجه به تفاوت قیمت با نمونه خارجی، بومی‌سازی این محصول تاکنون حدود ۲.۵ میلیون دلار صرفه‌جویی ارزی ایجاد کرده است. این صرفه‌جویی نه تنها ناشی از قیمت خرید است، بلکه هزینه‌های جانبی مانند:
• گمرک
• حمل و نقل
• نصب و آموزش
• خدمات پس از فروش خارجی
را نیز کاهش می‌دهد.
این عدد تاکنون تنها مربوط به بازار داخلی است و اگر صادرات آغاز شود، تاثیر اقتصادی بسیار بزرگ‌تری خواهد داشت.
سفارش‌محور اما بدون محدودیت ظرفیت
برخلاف برخی تجهیزات که خط تولید انبوه دارند، این دستگاه به صورت سفارش‌محور تولید می‌شود. بحرینی در این‌باره می‌گوید: این‌طور نیست که ما سالانه یک تیراژ ثابت داشته باشیم. تولید بنا به سفارش مشتری انجام می‌شود و ظرف سه هفته کاری دستگاه به مشتری تحویل داده می‌شود. محدودیت ظرفیت نداریم، چون دانش فنی نزد ماست و محصول را می‌توانیم بسازیم.
این مدل تولید با توجه به ماهیت تخصصی محصول، منطقی و رایج در صنعت تجهیزات آزمایشگاهی پیشرفته است و هزینه انبارداری و ریسک فروش را نیز کاهش می‌دهد.
چالش‌ها و موانع توسعه فناوری در ایران
توسعه فناوری‌های نوین در ایران علی‌رغم استعداد‌های علمی و توان فنی بالا همواره با چالش‌های ساختاری و اقتصادی همراه بوده است. بحرینی درباره این موانع توضیح داد: مشکلات ما همان مسائلی است که پارسال هم به آن اشاره کرده بودم. وقتی بحث تسهیلات مطرح می‌شود، هر کدام وارد یک لوپ می‌شوند که ماه‌ها ما را سرگردان می‌کند. حتی اگر تسهیلات در دسترس باشد، طولانی شدن روند اثر واقعی آن را کاهش می‌دهد و بسیاری از گزینه‌ها از ما سلب می‌شود.
یکی دیگر از چالش‌های جدی تامین قطعات وارداتی است. برخی اجزای حساس دستگاه، به ویژه بخش‌های اپتیکی نیازمند واردات از خارج هستند و محدودیت‌ها یا تاخیر در واردات روند توسعه و تولید را با تأخیر مواجه می‌کند.
با این حال تجربه استفاده از دستگاه در دانشگاه‌ها و مراکز پژوهشی نشان می‌دهد که دستگاه ایرانی حتی نسبت به نمونه خارجی مشابه، کاربرپسندتر و بدون باگ‌های عملیاتی بوده است و این موضوع موجب افزایش اعتماد کاربران داخلی شده است.
مسیر آینده و برنامه‌های صادراتی
یک نمونه این با نام دستگاه CAG۱۰۰ (Contact Angle Goniometer ۱۰۰)، طراحی شده تا نه تنها بازار داخلی بلکه خط صادراتی ایران را نیز پوشش دهد. بحرینی در این باره می‌گوید: ما اساسا این مدل سطح را برای صادرات طراحی کرده‌ایم. ماژولار بودن دستگاه باعث می‌شود در هر کشور و هر محیطی به سادگی نصب و استفاده شود، بدون آنکه کاربران نیاز به باز و بسته کردن پیچ‌ها و اجزای فنی پیچیده داشته باشند.
اگرچه تا کنون تمرکز اصلی روی بازار داخلی بوده، اما با توجه به کیفیت بالای محصول و قیمت رقابتی، چشم‌انداز صادراتی روشن است. بحرینی افزود: هم کیفیت دستگاه ما هیچ کاستی ندارد و هم از لحاظ قیمت بسیار قابل رقابت است. امیدواریم در آینده نزدیک بتوانیم صادرات این فناوری را نیز آغاز کنیم.
توسعه این دستگاه نشان‌دهنده هم‌افزایی نانو مهندسی سطح و هوش مصنوعی در ایران است. این دستگاه، با ترکیب دقت علمی، کاربرد صنعتی و فناوری نوین توانسته جایگاه ویژه‌ای در پژوهش و صنعت کشور پیدا کند.
چند نکته کلیدی در جمع‌بندی این نوآوری قابل ذکر است:
• پشتوانه علمی و فناورانه: بیش از یک دهه تحقیق و توسعه و بیش از سه سال کار روی هسته اولیه طرح قبل از اولین محصول تجاری موجب اطمینان از دقت و کیفیت دستگاه شده است.
• قابلیت هوش مصنوعی: حذف نیاز به اپراتور در اندازه‌گیری زاویه تماس و کاهش خطای انسانی منجر به افزایش دقت، تکرارپذیری و کارایی آزمایش‌ها شده است.
• طراحی ماژولار: امکان ارتقا، تعمیر و سفارشی‌سازی هر بخش مزیت رقابتی مهمی برای کاربران و خدمات پس از فروش ایجاد کرده است.
• صرفه‌جویی اقتصادی و ارزآوری: با مقایسه قیمت با نمونه‌های خارجی تاکنون حدود ۲.۵ میلیون دلار صرفه‌جویی ارزی ایجاد شده و این عدد در صورت توسعه صادرات افزایش چشمگیری خواهد داشت.
• چشم‌انداز صادراتی و کاربرد صنعتی گسترده: طراحی ماژولار و قابلیت ارتقای هوش مصنوعی مسیر استفاده در صنایع مختلف و بازار‌های خارجی را فراهم کرده است.
• حل چالش‌های فناورانه داخلی: با وجود مشکلات تامین تسهیلات و قطعات وارداتی، موفقیت این پروژه نشان‌دهنده توانایی بالای دانش‌بنیان‌های ایرانی در تحقق نوآوری‌های صنعتی است.
در نهایت توسعه این دستگاه نمونه‌ای موفق از بومی‌سازی فناوری پیشرفته است که هم نیاز علمی و پژوهشی کشور را پاسخ می‌دهد و هم توان رقابتی ایران را در بازار جهانی تجهیزات آزمایشگاهی ارتقا می‌دهد. این دستگاه نه تنها نشان‌دهنده یک موفقیت صنعتی، بلکه نماد توانمندی علمی و مهندسی ایران در حوزه نانو و هوش مصنوعی است و می‌تواند الگویی برای توسعه سایر تجهیزات پیشرفته در کشور باشد.
اما در پایان پرسش نهایی که ذهن هر فعال فناوری را به چالش می‌کشد: اگر امروز می‌توانیم زاویه تماس را با دقت نانومقیاس و هوش مصنوعی اندازه‌گیری کنیم، چرا هنوز برخی صنایع کلیدی کشور در بهره‌برداری از فناوری‌های نوین عقب هستند؟
انتهای پیام/