از اولین زمزمه‌های شروع مفاهیم مربوط به صنعت نسل 4 در سال 2017 اهمیت و نقش فناوری‌های تحول‌آفرین مانند هوش مصنوعی¹و اینترنت اشیا² در کنار اهمیت توسعه با استفاده از ظرفیت‌های دیجیتال با اولویت حفاظت از منابع طبیعی برای کارشناسان مشخص شد. هرچند که محققان از سال‌ها قبل‌تر نیز به اهمیت و نقش فناوری‌های نوین در حفاظت از منابع اکوسیستم سیاره‌ای و توسعۀ پایدار پی‌برده بودند. روند رشد صنعت بر مبنای اتوماسیون و دیجیتالی‌سازی خطوط تولید کارخانجات بین سال‌های 1984 و 2017 به بعد و افزایش مصرف انرژی‌های فسیلی، منابع آبی و سایر منابع طبیعی منجر به مراحل جدیدی در رشد اقتصاد بین‌المللی شدند و همزمانی احداث کارخانجات و صنایع تولیدی و تبدیلی عمدتاً آلاینده از جمله صنایع شیمیایی، فلزات و استخراج‌های معدنی در کنار روند افزایش جمعیت زمین و افزایش تولید ضایعات و پسماندها و انتشارشان در طبیعت، چالش‌ها و نگرانی‌های جدی در زمینۀ آلودگی اکوسیستم سیاره‌ای و میزان تاب‌آوری منابع طبیعی در اثر توسعۀ صنعتی را به وجود آوردند. طبق گزارش‌های آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده، صنایع شیمیایی از سال 2011 به‌تنهایی بیش از 800 میلیون تن گازهای گلخانه‌ای³ تولید کرده‌اند [1]. با این وجود رشد سریع راه‌حل‌های مبتنی بر فناوری‌هایی مانند هوش مصنوعی، رباتیک، اینترنت اشیا و بلاکچین را می‌توان نقطۀ عطف برای کارشناسانی دانست که به دنبال روش‌هایی برای ایجاد توازن بین رشد اقتصادی و اجتماعی در کنار کاهش میزان آلاینده‌هایی 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 توسعۀ صنعتی را همیشه آسیب‌زننده به اکوسیستم بدانیم؟ 2-آیا راهکارهای بدست آمده از دل فناوری‌های دیجیتال می‌توانند روند توسعۀ صنعتی را با اولویت حفاظت از منابع طبیعی بهبود دهند؟ این‌جاست که ترکیب مفاهیم صنعت نسل 4 با فناوری‌های دیجیتال مانند اینترنت اشیا و هوش مصنوعی باعث شکل‌گیری سیستم‌های صنعتی هوشمندی با نام دوست‌دار محیط زیست مانند EID ⁴ ها شده‌اند که در 3 حوزۀ پایش عوامل، کنترل فرآیندها و مدیریت بهینه فاکتورهای مؤثر در حفظ محیط زیست تمرکز دارند [2]. بر اساس تخمین‌ها پیاده‌سازی مفاهیم صنعت نسل 4 در فرآیندهای صنعتی کشورها تا سال 2030 می‌تواند انتشار گازهای گلخانه‌ای را تا 15 درصد کاهش دهد. به نظر می‌رسد با توجه به روند روزافزون توجه به مباحثی مانند گرمایش زمین، لزوم کاهش آلاینده‌ها، استفادۀ هرچه بیشتر از منابع انرژی تجدیدپذیر و توسعه با کمترین میزان آسیب به محیط زیست تا سال 2030، سیستم‌های مبتنی بر پلتفرم‌های EID دارای درصد بالایی از بازار کسب‌وکارهای تجاری و صنعتی خواهند شد. فرآیندهای تولید سبز⁵، توزیع سبز⁶ و بازیافت سبز⁷ در قالب نظام صنعتی سبز⁸ را می‌توان هدف اصلی توسعۀ ساختارهای صنعتی نسل چهارم EID به شمار آورد.

توسعۀ صنعتی تاثیرات مستقیمی بر روی رشد اقتصادی دارد و در این بین صنایع آلاینده نیز به‌عنوان بخشی از زنجیرۀ صنعتی-اقتصادی دارای ایفای نقش مولد هستند. از اواخر دهه 1700 و اوایل دهه 1800(عصر آغاز انقلاب صنعتی)، فعالیت‌های صنعتی کشورها باعث انتشار غلظت‌های بالاتر گازهای گلخانه‌ای شده‌اند که در ادامه منجر به افزایش درجه حرارت در سطح جهانی و تغییرات اقلیمی می‌شوند. صنایع آلاینده مانند پتروشیمی‌ها و کارخانجات شیمیایی بخش بزرگی از صنایع مولد ثروت در کشورهای دارای رشد بالای تولید ناخالص ملی از جمله چین را تشکیل می‌دهند. تنها در سال 2017 بیش از 12 درصد از صنایع مولد کشور چین مربوط به کارخانجات شیمیایی بوده‌اند که درعین‌حال به‌عنوان صنایع دارای ریسک بالا در زمینۀ آسیب به انسان‌ها و محیط نیز دسته‌بندی می‌شوند[3]. اوضاع در سایر کشورهای درحال توسعه مانند هندوستان و برزیل نیز کمابیش مشابه است و صنایع حادثه‌خیز آسیب‌رسان به طبیعت درصد بالایی از تولیدی‌های مولد این کشورها را تشکیل می‌دهند. مصرف سوخت‌های فسیلی مانند نفت، گاز و زغال سنگ روی دیگر سکۀ توسعۀ اقتصادی آسیب‌رسان به طبیعت است. درصد بالایی از نیازهای انرژی کشورهایی مانند شیلی و ویتنام از سوختن زغال سنگ تامین می‌شود. رشد فزایندۀ گازهای گلخانه‌ای در کنار رشد شهرنشینی نشانگر آن است که انسان امروزی حداقل از بعد صنعتی در 4 حوزۀ تولید، شبکه‌های توزیع، ایمنی، آلودگی و پسماندهای حاصل از فعالیت‌هایش دارای مشکل مدیریت صحیح می‌باشد و این موضوع در ادامه با اضافه شدن فاکتورهایی مانند فرسایش خاک، افزایش جمعیت، استحصال روزافزون انرژی، در معرض انقراض قرار گرفتن گونه‌های گیاهی و جانوری و گرمایش زمین نگرانی‌هایی جدی را دربارۀ آیندۀ سیاره ایجاد نموده است. کارشناسان عقیده دارند ما در ششمین دورۀ انقراض حیات گیاهی و جانوری از 500 میلیون سال گذشته قرار داریم که بدترین دورۀ انقراض از 65 میلیون سال قبل نیز محسوب می‌شود.

از سال 1784 تا به امروز روند پیشرفت صنعت با معرفی فناوری‌هایی به نسل‌های مختلف تقسیم‌بندی شده است و امروزه با معرفی سیستم‌های هوشمند و راهکارهای هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا، هوش مصنوعی و ابزارهای دیجیتال در نسل چهارم صنعت قرار داریم. صنعت نسل چهارم که از سال 2017 به بعد معرفی شده است دارای 3 فاکتور مهم انسان، کسب‌وکار و اشیا می‌باشد و مهم‌ترین ویژگی این نسل از صنعت را می‌توان در ارتباط و تلفیق هوشمند انسان با ابزارها و عوامل محیطی برای رسیدن به راهکارهای بهینه دانست. بر اساس آمارها، بازار جهانی راهکارهای مبتنی بر صنعت 4 در سال 2020 بالغ بر 86.03 میلیارد دلار بوده است و پیش‌بینی می‌شود تا سال 2026 این رقم با نرخ رشد 20.71 درصدی به بیش از 267 میلیارد دلار برسد [4]. صنعت نسل چهارم نه به‌عنوان یک فناوری خاص بلکه مجموعه‌ای از فناوری‌هایی مانند اینترنت اشیا و RFID می‌باشد که عنصر ارتباط بین اجزا را در یک فرآیند کسب‌وکار صنعتی فراهم می‌سازند و همین ویژگی در کنار اضافه شدن فناوری‌های پردازشگر مانند هوش مصنوعی نه‌تنها به باز شدن ابعاد جدیدی از فعالیت‌های صنعتی و اقتصادی با اولویت حفظ محیط زیست کمک می‌نماید بلکه با قرار دادن انسان به‌عنوان یکی از ضلع‌های تلفیق هوشمند اجزا، درک تصمیم‌گیرندگان دربارۀ خطر سرایت آسیب‌های وارد شده به محیط به‌عنوان یکی از اجزا و سرایت آن به انسان را نیز بهبود می‌بخشد. این موضوع از همان سال‌های شکل‌گیری مفاهیم صنعت نسل 4 در کنار مطرح شدن فناوری هوش مصنوعی به اندازه‌ای اهمیت داشت که کارشناسان در اجلاس سازمان ملل در زمینۀ هوش مصنوعی با تأکید بر اکوسیستم سیاره‌ای به این اشتراک نظر رسیدند که فناوری‌های هوشمند پتانسیل کمک به رشد سیستم‌های مبتنی بر رفاه اجتماعی در عین کمک به بهره‌گیری متوازن از طبیعت با کمینۀ ایجاد آسیب را دارند. سیستم‌های صنعتی EID ماهیت خود را مدیون تلفیق فناوری‌های دیجیتال با فرآیندهای صنعتی نسل 4 هستند.

یک پلتفرم صنعتی هوشمند نسل چهارم EID را می‌توان مجموعه‌ای متشکل از ابزار های مبتنی بر هوش مصنوعی، اینترنت اشیا و عملگرهای رباتیک دانست که در فرآیندهای مربوط به تولید، توزیع و بازیافت یک محصول صنعتی نقش دارند. این فناوری‌ها علاوه‌بر کاربرد در یک نظام صنعتی قابلیت عملکرد به‌صورت موردی در سایر بخش‌ها را نیز دارند. به‌عنوان مثال ابزارهای مبتنی بر هوش مصنوعی از جمله سیستم‌های پردازش داده‌ها در حداقل 3 حوزۀ کلیدی مربوط به پایش و کنترل عوامل محیطی می‌توانند 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 توسعۀ پایدار ذکر کرده است[5]. بر اساس این گزارش سیستم‌های مبتنی بر یادگیری ماشین⁹ می‌توانند در مدیریت عوامل آلوده‌کننده محیط زیست به‌خصوص در صنایع آلاینده کاربرد داشته باشند. از سیستم‌های پردازش تصویر و بینایی ماشین¹⁰ می‌توان در پردازش داده‌های ماهواره‌ای مربوط به پایش جنگل‌ها، مراتع و اثرات آلایندۀ رشد شهرها استفاده کرد. شبکه‌های عصبی مصنوعی¹¹ نیز می‌توانند در مدیریت بازیافت پسماندها به‌خصوص پسماندهای شیمیایی کاربردهای وسیع داشته باشند. انگلستان برنامه‌ریزی ویژه‌ای برای تزریق فناوری‌های مدیریتی بر اساس AI به شبکه صنایع خود تا سال 2050 انجام داده است. کشور چین نیز یک برنامۀ جامع توسعۀ صنعتی پایدار با نگاه به محیط زیست با استفاده از هوش مصنوعی تحت عنوان ICGOSD¹² طراحی نموده است [6].

با توسعۀ اینترنت اشیا به عنوان یکی از فناوری‌های کلیدی نسل چهارم این ایده که “همه چیز به هم متصل است” در حال تبدیل شدن به واقعیت می‌باشد. اینترنت اشیا یک مزیت برای صنعت انبار و تدارکات بر اساس پردازش‌های مربوط به موجودی کالا و حمل و نقل به‌خصوص برای مواد خطرآفرین برای انسان و طبیعت محسوب می‌شود. ترکیب تگ‌های RFID با فناوری ردیابی ماهواره‌ای باعث ایجاد یک شبکۀ 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 می‌سازد. این موضوع امکان ردیابی بهینۀ محصولات خطرآفرین برای انسان و طبیعت را در زنجیرۀ تولید و توزیع فراهم می‌کند. اینترنت اشیا همچنین در کشاورزی نیز کاربرد وسیع دارد. از ابزارهای مبتنی بر IOT می‌توان در سطوح زیر کشت و گلخانه‌های هوشمند در سنجش بهینۀ پارامترهایی مانند مدیریت میزان مصرف منابع آب، کیفیت خاک و مصرف کودها استفاده نمود که به نوبۀ خود تاثیر بالایی در کاهش آسیب‌رسانی به منابع طبیعی دارند. فناوری‌های مبتنی بر صنعت نسل 4 می‌توانند به کشاورزان کمک نمایند تا با استفاده پایدارتر از منابع از سطح کشت و نحوۀ تولید محصول بهینه‌تری برخوردار باشند.

سیستم‌های رباتیک هوشمند بخش دیگری از فناوری‌های صنعت 4 را تشکیل می‌دهند. استفاده از ربات‌های هوشمند در فرآیندهای تولیدی و صنعتی دقت عملیاتی را تا حد قابل‌توجهی بالا می‌برد. این موضوع به‌خصوص در حوزه‌هایی مانند کشاورزی که مستقیماً با منابع طبیعی سرو کار دارند باعث کاهش ضایعات و دور ریز منابع می‌شود. استفاده از عملگرهای رباتیک در صنایع با محوریت کاهش ضایعات و کاهش خطرات انتشار مواد سمی را می‌توان یکی از نقاط قوت پلتفرم‌های EID به شمار آورد.

بر اساس برآوردهای سازمان‌های محیط زیستی، سرعت انقراض گونه‌های 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 گونه‌های گیاهی و جانوری منقرض خواهند شد. موضوع نگران‌کننده این است که بر اساس تخمین‌ها بیش از 99% عوامل انقراض، ریشه در فعالیت‌های انسانی دارند [7].

روند توسعۀ صنعتی بشر امروزی آسیب‌های جبران‌ناپذیری به محیط زیست در مقیاس سیاره‌ای زده است و جبران این موضوع جز با استفاده از ابزارهای فناوری میسر نیست. خوشبختانه در سال‌های اخیر توجه به توسعۀ صنایع سبز جایگاه خوبی در افکار عمومی و نخبگان داشته است. موضوعی که در ادامه چشم‌انداز توسعۀ کسب‌وکارهای فناوری‌محور سبز را نوید می‌دهد. بررسی‌ها نشان می‌دهند تا سال 2020 بازار فناوری‌های سبز رقمی بالغ بر 10.76 میلیارد دلار بوده است و پیش‌بینی می‌شود این رقم تا سال 2028 به 76.55 میلیارد دلار برسد [8]. تا قبل از مطرح شدن مفاهیم صنعتی سبز رشد صنعتی رابطه‌ای مستقیم با به خطر انداختن منابع و آسیب به طبیعت داشت. اما تجربیات جدید نشان داده‌اند که استفاده از ابزارهایی مانند هوش مصنوعی و اینترنت اشیا در صنعت نه‌تنها می‌توانند به پیاده‌سازی طرح‌های توسعۀ پایدار با اولویت حفظ منابع طبیعی کمک نمایند بلکه در ادامه منجر به خلق روش‌های نوآوری‌محوری نیز می‌شوند که اولویت‌شان رشد اقتصادی و اجتماعی در عین کاهش آسیب‌رسانی به اکوسیستم سیاره‌ای می‌باشد. ویژگی تلفیق شدن اشیا، محیط و انسان به درک صحیحی از وضعیت فعلی و آیندۀ روند توسعۀ ابعاد زندگی بشری منجر می‌شود و این موضوع اهمیت پیاده‌سازی سیستم‌های صنعتی دوست‌دار محیط زیست، مبتنی بر مفاهیم صنعت نسل 4 را به خوبی آشکار می‌سازد.

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. “کاربردهای هوش مصنوعی در توسعۀ 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/.