مٹیریل سائنس عمارت کے ڈیزائن میں بنیادی کردار ادا کرتی ہے۔ میکینکل خصوصیات کی توثیق کرنے جیسی ٹھوس بنیادوں سے لے کر تعمیراتی صنعت کے لیے ایک پائیدار مستقبل کی ترقی جیسے بلند عزائم تک، مٹیریل سائنسدان عمارتوں کو مزید مؤثر اور پائیدار بنانے میں مصروف ہیں۔ مواد (مٹیریلز) تعمیرات اور اس کے ڈیزائن میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔
معماروں، انجینئروں اور بلڈرز کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے مٹیریل سائنس تیار ہوئی ہے۔ ڈیجیٹل فیبریکیشن، روبوٹکس، اور 3D پرنٹنگ جیسی نئی ٹیکنالوجیز نے جدید تعمیراتی طریقوں کی تخلیق کی حوصلہ افزائی کی ہے اور منفرد آرکیٹیکچرل ڈیزائن کے لیے محرک قوت کے طور پر مواد میں دلچسپی کو زندہ کیا ہے۔ آج، مٹیریل سائنس صرف مواد کی وضاحت کرنے سے ان کو فعال طور پر ڈیزائن کرنے کی طرف منتقل ہو گئی ہے۔ اس تبدیلی نے آرکیٹیکٹس، انجینئرز، اور میٹریل سائنس دانوں کے درمیان شراکت داری قائم کی ہے، جو مواد پر مبنی ڈیزائن ریسرچ میں مختلف ایپلی کیشنز کے لیے نئے مٹیریل سسٹمز تیار کرنے میں تعاون کرتے ہیں۔
تعمیرات میں مٹیریل سائنس
تعمیرات میں مٹیریل سائنسدان بنیادی تعمیراتی مواد جیسے دھاتوں، سیمنٹ، کنکریٹ، پولیمر، لکڑی، اینٹوں، شیشے اور پلاسٹر میں پوشیدہ سائنس کو دریافت کرتے ہیں۔ یہ شعبہ ان اہم عوامل کا پتہ لگاتا ہے جو انحطاط، کارکردگی اور استحکام کے حوالے سے ان مواد کو متاثر کرتے ہیں۔ کئی عوامل عمارت کی تعمیر میں بہتری کی ضرورت کو جنم دے رہے ہیں۔ عالمی آبادی بڑھ رہی ہے اور تیزی سے شہروں کی طرف نقل مکانی کر رہی ہے جبکہ عمارتوں کی تعمیر گرین ہاؤس گیسوں کے اخراج اور زمین کے استعمال میں ہونے والی تبدیلیوں میں اہم کردار ادا کر رہی ہے۔ ساتھ ہی مادی وسائل نایاب ہوتے جا رہے ہیں۔
مزید برآں، مختلف ممالک میں رہائش کے مسائل یہ ظاہر کرتے ہیں کہ موجودہ نظام کئی معاشی، سماجی اور ماحولیاتی وجوہات کی بناء پر معاشرے کے ایک اہم حصے کی ضروریات کو پورا نہیں کر رہا۔ تعمیراتی شعبہ عالمی کاربن کے اخراج میں 11 فیصد اور تعمیر شدہ ماحول سے گرین ہاؤس گیسوں کے کل اخراج میں 40 فیصد حصہ ڈالتا ہے۔ زیادہ پائیدار تعمیراتی مواد کی تیاری اور استعمال اور تعمیراتی منصوبوں کو کم کرنا انسانوں کی طرف سے ماحولیاتی تبدیلیوں کے منفی اثرات کو کم کرنے کے لیے بہت اہم ہے۔ دنیا بھر میں تعمیراتی صنعت کی وجہ سے ماحولیاتی نقصان کی بڑی مقدار کا مطلب یہ ہے کہ اس شعبے میں قابل توسیع اختراع اس کے رہائش کے قابل سیارے کے ساتھ انسانیت کے تعلقات پر نسبتاً بڑا مثبت اثر ڈال سکتی ہے۔
جیو پولیمر کا استعمال
انڈیا کی شاردا یونیورسٹی اور جرمنی کی یونیورسٹی آف کیسل کی ایک بین الاقوامی تحقیقی ٹیم نے سیمنٹ کے متبادل کے طور پر جیو پولیمر مواد کے ممکنہ استعمال کی کھوج لگانے پر کام کیا ہے۔ پورٹ لینڈ سیمنٹ کی پیداوار کے نتیجے میں 5سے7 فیصد کاربن ڈائی آکسائیڈ کا اخراج گلوبل وارمنگ بڑھاتا ہے۔ جیو پولیمر سیمنٹ زیادہ ماحول دوست متبادل پیش کرتی ہے، جس سے کم کاربن خارج ہوتا ہے۔ یہ ٹیکنالوجی ماحول کو کم سے کم نقصان کے ساتھ المونیوسیلیکیٹ فیز پر مشتمل صنعتی بائی پراڈکٹس استعمال کرتی ہے۔ جیو پولیمر سیمنٹ ثانوی مواد سے بنائی جاتی ہے جیسے فلائی ایش، میٹاکاولن، کیلکائنڈ مٹی، اور زیولائٹ، جو الکلی یا الکلی سیلیکیٹ محلول کے ذریعے ایکٹویٹ ہوتے ہیں۔
انجینئرڈ لکڑی اور بانس کے مرکب
شنگھائی کی ٹونگجی یونیورسٹی کے اسٹرکچرل انجینئرز قدیم اور قابل تجدید تعمیراتی مواد( بانس اور لکڑی) پر جدید مواد کی تیکنیکس استعمال کر رہے ہیں۔ چند ماہ قبل، انھوں نے جدید ترین انجینئرڈ لکڑی اور بانس کے مرکبات کا جائزہ لیا۔ اس مطالعہ میں تین نوول انجینئرڈ ووڈ کمپوزٹ (فائبر ریئنفورسڈ پولیمر، ریئنفورسڈ گلولام، کراس لیمینیٹڈ ٹمبر اور ووڈ اسکریمبر) اور تین نوول انجینئرڈ بانس کمپوزٹ (لیمینیٹڈ بیمبو لمبر، گلوڈ لیمینیٹڈ بیمبو اور بیمبو اسکریمبر) کے مینوفیکچرنگ کے عمل، ماڈلنگ کی تکنیک اور میکانی خصوصیات کے حوالے سے جائزہ لیا۔ مطالعہ نے ان انجینئرڈ کمپوزائٹس کی میکینکل خصوصیات اور کثافت کا موازنہ کیا۔ مقالے نے ان انجینئرڈ کمپوزائٹس کے ساتھ بنائے گئے ڈھانچے کی کئی مثالیں بھی پیش کیں اور ان کے ممکنہ استعمال اور حدود پر تبادلہ خیال کیا۔
برطانیہ کی کیمبرج یونیورسٹی کے مٹیریل سائنسدان بھی تعمیر میں بانس کے ممکنہ استعمال کو دیکھ رہے ہیں۔ ایک حالیہ مطالعہ نے انجینئرڈ بانس کی میکینکل خصوصیات پر توجہ مرکوز کی، جسے خام بانس کی پروسیسنگ کرکے لیمینیٹڈ کمپوزٹ بنایا گیا تھا۔ اس مطالعہ نے دو قسم کے تجارتی طور پر دستیاب انجینئرڈ بانس کی مصنوعات، بیمبو اسکریمبر اور لیمینٹڈ بیمبو کی چادروں کی خصوصیات کا موازنہ لکڑی اور انجینئر شدہ لکڑی کی مصنوعات سے کیا۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ انجینئرڈ بانس کی مصنوعات کی خصوصیات لکڑی اور اس پر مبنی مصنوعات سے بہتر تھیں یا پھر ان کا موازنہ کیا جاسکتا تھا۔ مطالعہ نے ساختی ڈیزائن کے لیے انجینئرڈ بانس کے استعمال میں ممکنہ حدود کو بھی اجاگر کیا۔
مشین لرننگ کا اطلاق
اونٹاریو، کینیڈا کی ویسٹرن یونیورسٹی میں سول اور ماحولیاتی انجینئرنگ کے محققین نے مشین لرننگ (مصنوعی ذہانت کی ایک قسم) کو عمارت کے ڈیزائن کے لیے میٹریل سائنس پر لاگو کیا۔ ڈیزائن کوڈ کی ضروریات کی وجہ سے کنکریٹ کی میکینکل خصوصیات کی درست انداز میں پیش گوئی کرنا ایک چیلنج رہا ہے۔ نئے کنکریٹ مرکبات اور ایپلی کیشنز کے ابھرنے کے ساتھ، محققین میکانکی طاقت کی پیشین گوئی کے لیے قابل اعتماد ماڈل تلاش کر رہے ہیں۔ تجرباتی اور شماریاتی ماڈلز (جیسے لینیر اور نان لینیر ریگیرشن) عام طور پر استعمال کیے جاتے ہیں لیکن جب کنکریٹ خصوصیات اور مرکب پیچیدہ ہوتے ہیں تو تیار کرنے اور غلط نتائج فراہم کرنے میں وقت لگتا ہے۔
ان حد بندی کو دور کرنے کے لیے، ایک متبادل نقطہ نظر کے طور پر کئی مشین لرننگ ماڈل تجویز کیے گئے ہیں۔ زیربحث مطالعہ نے کنکریٹ کی مکینیکل خصوصیات کی پیشین گوئی کے لیے مصنوعی اعصابی نیٹ ورکس، سپورٹ ویکٹر مشینیں اور ارتقائی الگورتھم جیسے ماڈلز کا جائزہ لیا۔ مطالعہ نے ہر ماڈل کی کارکردگی اور عملیت کا تجزیہ اور اس پر تبادلہ خیال کیا، سفارشات کی نشاندہی، موجودہ علمی فرق اور مستقبل کی تحقیق کے لیے شعبوں کی نشاندہی کی۔