طلاب المدارس الثانوية يستخدمون الرياضيات لاكتساب نظرة ثاقبة في النقل بالشاحنات الكهربائية لمسافات طويلة

نموذج الفرق حول معدل التحول من الديزل إلى الشاحنات الكهربائية ، وتحليل البنية التحتية ، والآثار الاقتصادية والبيئية في تحدي النمذجة الرياضية في MathWorks

فيلادلفيا ، بنسلفانيا (4 مارس 2020) - قد يكون عام 2020 هو العام المهم بالنسبة للمنصات الكهربائية الكبيرة. يعمل العديد من صانعي الشاحنات على تسريع مشاريع الشاحنات الكهربائية الخاصة بهم نحو إطلاقها هذا العام ، وقد تلقت Tesla بالفعل طلبات شراء نصفها المستقبلي الذي يعمل بالبطارية من العديد من مشغلي الأساطيل الكبار. في حين أن هناك حاجة إلى مزيد من البنية التحتية لضمان نجاح هذا النهج الجديد في النقل بالشاحنات ، أصبحت مقطورات الجرارات الكهربائية خيارًا جذابًا للشركات للنظر فيه الآن ، حيث أصبحت أساطيلها الحالية من شاحنات الديزل غير عاملة.

الصورة مجاملة تسلا

مدفوعًا بالضغط التنظيمي للحد من التلوث بالديزل ، يعمل صانعو الشاحنات التجارية بجد لتوصيل المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات. إن توقع سوق الشاحنات التجارية الكهربائية ضمن ما يقدر بـ 1.7 مليون شاحنة في جميع أنحاء الولايات المتحدة ليس بالأمر السهل ، واتخاذ قرارات ذكية بشأن البنية التحتية اللازمة للشحن أمر معقد ، كما أن تقييم الآثار الاقتصادية والبيئية على المجتمعات المحيطة بممرات النقل بالشاحنات أمر ضروري.. كانت هذه المشكلات كلها جزءًا من المشكلة 760 فريقًا يتألف من حوالي 3500 طالب تم فحصهم أثناء التنافس على 100000 دولار في المنح الدراسية في تحدي MathWorks Math Modeling (M3). تم تصميم برنامج M3 Challenge التابع لجمعية الرياضيات الصناعية والتطبيقية (SIAM) لتحفيز الطلاب على الدراسة ومتابعة المهن في الرياضيات التطبيقية والعلوم الحاسوبية والحوسبة التقنية.

خلال عطلة نهاية الأسبوع المكثفة لتحدي M3 ، استخدمت فرق من صغار وكبار المدارس الثانوية في جميع أنحاء البلاد الخبرة الرياضية والبحث والعصف الذهني لتقييم البيانات وبناء حل. دفعت المشكلة هذا العام الفرق إلى إنشاء نموذج للتنبؤ بنسبة نصف الشاحنات التي ستكون كهربائية في السنوات والعقود القليلة القادمة ، وتحديد عدد ومواقع محطات الشحن على طول طرق الشحن الرئيسية في الولايات المتحدة اللازمة للجميع- صناعة الشاحنات الكهربائية ، وإعطاء الأولوية للطرق التي يجب تطويرها بالبنية التحتية للشحن الكهربائي أولاً. قدمت الفرق حلولها بعد العمل ضمن مهلة زمنية صارمة تبلغ 14 ساعة متتالية ، على غرار الطريقة التي تحدث بها الأشياء غالبًا في العالم الحقيقي.

يقول مورجان مانينغ ، وهو طالب صغير في مدرسة ساوث ويست إيدجكومب الثانوية في نورث كارولينا: "يسعدني أن أكون قادرًا على المشاركة والانخراط في مثل هذه المشكلة المثيرة للتفكير". "لقد منحنا تحدي M3 الفرصة لمعرفة ما قد يتعين علينا القيام به في المستقبل وما يفعله المحترفون بالفعل للمساعدة في تحسين حياتنا."

يقول مايك روث ، المدير التنفيذي لمجلس أمريكا الشمالية لكفاءة الشحن: "تأتي مقطورات الجرارات الكهربائية للخدمة الشاقة بالعديد من الفوائد ، لكن التنفيذ يتطلب الكثير من التفكير واستثمارات كبيرة في نهاية المطاف في الشاحنات نفسها والبنية التحتية لشحنها". "فريقنا متحمس لرؤية النماذج التي يطورها هؤلاء الطلاب الموهوبون والتي يمكن أن تساعدنا على المضي قدمًا ، مما يسمح للصناعة بتسريع اعتماد هذه المركبات عديمة الانبعاثات."

مع انتهاء عطلة نهاية الأسبوع في التحدي ، يتطلع الحكام إلى رؤية الطرق الإبداعية التي استخدمت بها الفرق البيانات للتنبؤ بصناعة الشاحنات الكهربائية الناشئة ونمذجتها. "هناك العديد من الجوانب المختلفة للشاحنات الكهربائية التي يمكن الاستفادة من النمذجة الرياضية من أجلها لمساعدة الآخرين على فهم كيف يمكننا ، كأمة ، التحرك نحو هذا الحل الفعال من حيث التكلفة لنقل البضائع عبر طرقنا السريعة" ، كما يقول قاضي التحدي M3 والقائد مطورة المشكلة كارين بليس ، أستاذ مشارك في معهد فيرجينيا العسكري. "نحن لا نبحث عن أي نوع أو مستوى معين من الرياضيات. يمكن التعامل مع الأسئلة المطروحة في تحدي M3 بعدة طرق ، وغالبًا ما تكون أفضل الأوراق هي تلك المكتوبة جيدًا وتستخدم نموذجًا أو نماذج رياضية معقولة للإجابة على الأسئلة ".

في حين أن العديد من الطلاب لا يمكنهم المساعدة ولكن تحفزهم فرصة الفوز بأموال المنح الدراسية للكلية ، يسعد الكثيرون بالمنافسة فقط لأنهم يجدونها مجزية أكاديميًا. تقول جوليانا فان ، طالبة في أكاديمية أكسفورد بولاية كاليفورنيا تشارك في تحدي M3 للمرة الثانية: "لقد كانت هذه بالتأكيد واحدة من أكثر التجارب إثارة وإمتاعًا التي مررت بها في المدرسة الثانوية".

بعد جولتين من التحكيم من قبل 150 عالمًا رياضيًا تطبيقيًا محترفًا خلال الأسابيع الثمانية المقبلة ، سيتم اختيار ستة فرق نهائية وثلاثة فائزين في مجال الحوسبة الفنية لتقديم حلولهم إلى لجنة من خبراء الرياضيات في مدينة نيويورك في 27 أبريل. معترف بها بجوائز المنح الدراسية ، حيث حصل الفريق البطل على 20 ألف دولار.

عرض بيان المشكلة لعام 2020 وقائمة بالفرق المشاركة.

M3 Challenge هو برنامج تابع لجمعية الرياضيات الصناعية والتطبيقية (SIAM) مصمم لتحفيز الطلاب على الدراسة ومتابعة المهن في الرياضيات التطبيقية والعلوم الحاسوبية والحوسبة التقنية. التحدي مجاني ولا يتطلب سوى الوصول إلى الإنترنت. تعرف على المزيد حول تحدي M3.

حول جمعية الرياضيات الصناعية والتطبيقي

جمعية الرياضيات الصناعية والتطبيقية (SIAM) ، ومقرها فيلادلفيا ، بنسلفانيا ، هي مجتمع دولي يضم أكثر من 14000 فردًا وأكاديميًا وعضوًا في الشركات من 85 دولة. يساعد SIAM في بناء التعاون بين الرياضيات وعوالم العلوم والتكنولوجيا لحل مشاكل العالم الحقيقي من خلال المنشورات والمؤتمرات والمجتمعات مثل الفصول والأقسام ومجموعات الأنشطة. تعلم المزيد على siam.org.

حول مجلس أمريكا الشمالية لكفاءة الشح

مجلس أمريكا الشمالية لكفاءة الشحن (NACFE) هو منظمة غير ربحية مكرسة لمضاعفة كفاءة الشحن لحركة البضائع في أمريكا الشمالية. يوفر NACFE أبحاثًا مستقلة وغير متحيزة لتحويل صناعة النقل. في عام 2014 ، تعاونت NACFE مع Carbon War Room ، التي أسسها السير ريتشارد برانسون وهي الآن جزء من معهد روكي ماونتن (RMI) ، لتقديم الأدوات والتقارير لتحسين كفاءة النقل بالشاحنات. تتضمن هذه سلسلة من 18 تقرير ثقة تفصل الحلول الموجودة ، وأربعة تقارير إرشادية حول المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات التجارية واثنين من أفضل العروض التوضيحية كجزء من www.runonless.com. في عام 2020 ، ستركز المنظمة على السيارات الكهربائية في النقل الإقليمي. جميع التقارير متوفرة على www.nacfe.org.