نجح فريق بحثي من كلية كولومبيا للهندسة في نيويورك، باستخدام الذكاء الاصطناعي، في حل لغز علمي حيّر الباحثين لأكثر من مئة عام، تمكن العلماء من الكشف عن البنية الذرية الدقيقة للبلورات النانوية، وهي جسيمات متناهية الصغر تستخدم في مجالات دقيقة مثل الإلكترونيات المتقدمة، وتصميم المواد الحديثة، وحتى في تحليل الآثار القديمة.
- لماذا كانت هذه المشكلة مستعصية كل هذا الوقت؟
تمثل البلورات النانوية تحديا علميا حقيقيا بسبب صغر حجمها وعدم انتظام ترتيبها الذري، لسنوات طويلة، اعتمد العلماء على حيود الأشعة السينية لتحليل المواد الصلبة، حيث تنتج البلورات الكبيرة أنماطا واضحة تعكس ترتيب الذرات. ولكن مع البلورات النانوية، تفشل هذه التقنية لأن الأشعة تتشتت وتكوّن أنماطا غير واضحة يستحيل تفسيرها بدقة.
- خوارزمية PXRDnet ... الذكاء الاصطناعي في خدمة الفيزياء

1. منوعات

الذكاء الاصطناعي يحل لغزا عمره قرن ويذهل العلماء

نجح فريق بحثي من كلية كولومبيا للهندسة في نيويورك، باستخدام الذكاء الاصطناعي، في حل لغز علمي حيّر الباحثين لأكثر من مئة عام، تمكن العلماء من الكشف عن البنية الذرية الدقيقة للبلورات النانوية، وهي جسيمات متناهية الصغر تستخدم في مجالات دقيقة مثل الإلكترونيات المتقدمة، وتصميم المواد الحديثة، وحتى في تحليل الآثار القديمة.
- لماذا كانت هذه المشكلة مستعصية كل هذا الوقت؟
تمثل البلورات النانوية تحديا علميا حقيقيا بسبب صغر حجمها وعدم انتظام ترتيبها الذري، لسنوات طويلة، اعتمد العلماء على حيود الأشعة السينية لتحليل المواد الصلبة، حيث تنتج البلورات الكبيرة أنماطا واضحة تعكس ترتيب الذرات. ولكن مع البلورات النانوية، تفشل هذه التقنية لأن الأشعة تتشتت وتكوّن أنماطا غير واضحة يستحيل تفسيرها بدقة.
- خوارزمية PXRDnet ... الذكاء الاصطناعي في خدمة الفيزياء
لتجاوز هذا الحاجز العلمي، طوّر الباحثون خوارزمية متقدمة للذكاء الاصطناعي أطلقوا عليها اسم PXRDnet. وقد تم تدريب هذه الخوارزمية على تحليل آلاف التركيبات البلورية المعروفة من خلال قاعدة بيانات ضخمة، ما مكنها من تعلّم أنماط الترتيب الذري حتى في المواد التي لم يتم التعرف عليها سابقا.
ورغم أن قاعدة البيانات لا تحتوي مباشرة على البلورات النانوية قيد الدراسة، فإن الخوارزمية تمكنت من استنتاج الأنماط الذرية المحتملة بدقة مدهشة.
- تحليل على مستوى الذرة ... ما لا تراه العين تراه الخوارزمية
تستطيع PXRDnet تحليل أنماط حيود ناتجة عن بلورات نانوية صغرها لا يتعدى 10 أنغستروم، أي أصغر بعشرة آلاف مرة من شعرة الإنسان! هذا الإنجاز يفتح الأبواب لفهم جديد كليا لطبيعة المواد على مستوى بالغ الدقة.
العلماء مبهورون ... ما الذي يعنيه هذا الإنجاز للمستقبل؟
اعتبر العلماء هذا الاكتشاف نقلة نوعية في علم المواد، إذ يمكن من خلاله تحليل بنية المواد دون الحاجة إلى بلورات كبيرة أو أجهزة مكلفة، يقول البروفيسور سيمون بيلينغ من جامعة كولومبيا: "استطاع الذكاء الاصطناعي حل هذه المشكلة المعقدة من خلال تعلم أنماط الترتيب الذري التي تسمح بها الطبيعة، حتى دون توفر معرفة فيزيائية مباشرة بالمواد المدروسة".
أما غابي غو، قائد الفريق، فقد عبر عن دهشته قائلاً: "كنا نحاول ذات يوم تعليم الذكاء الاصطناعي التمييز بين القطط والكلاب، والآن هو يحل ألغازا علمية استعصت على البشر لعقود".
وأضاف البروفيسور هود ليبسون، رئيس قسم الهندسة الميكانيكية في الجامعة:"من المدهش أن نظاما لا يملك فهمًا مباشرا للفيزياء، استطاع حل مشكلة حيّرت العلماء لأكثر من قرن. وهذا يُظهر ما يمكن أن يقدمه الذكاء الاصطناعي للعلوم الأخرى".
- مستقبل علمي جديد بفضل الذكاء الاصطناعي
هذا الاكتشاف الثوري لا يمثل فقط حلًا للغز علمي قديم، بل يشير إلى آفاق غير محدودة لتطبيق الذكاء الاصطناعي في العلوم، ويعزز دوره كأداة لا غنى عنها في مواجهة التحديات التي عجز عنها العقل البشري لقرون.