تمكن فريق من العلماء في الولايات المتحدة، باستخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي، من حل لغز استعصى على الحل لأكثر من قرن من الزمان في مجال علم المواد، الأمر الذي يمهد الطريق لإنجازات تقنية متقدمة.

واستطاع علماء كلية كولومبيا للهندسة في نيويورك تحديد البنية الذرية الدقيقة لما يُعرف بالبلورات النانوية، وهي جزيئات بالغة الصغر تستخدم في تطبيقات متنوعة تشمل صناعة الإلكترونيات، وتطوير مواد جديدة، وحتى تحليل الآثار القديمة.

ويكمن جوهر هذا الاكتشاف في أن البلورات النانوية، نظرًا لصغر حجمها وعدم انتظام ترتيبها الذري، شكلت تحديًا كبيرًا للعلماء الذين اعتمدوا لعقود على تقنيات حيود الأشعة السينية لتحليل تركيب المواد الصلبة. تعتمد هذه التقنية على تسليط الأشعة على بلورات كبيرة ومنتظمة لإنتاج نمط يكشف عن ترتيب الذرات داخل المادة. إلا أن هذه الطريقة تفشل مع البلورات النانوية، لأنها صغيرة وغير منتظمة وتشتت الأشعة إلى أنماط غير واضحة يصعب تفسيرها.

وللتغلب على هذا التحدي، طور فريق البحث خوارزمية ذكاء اصطناعي متقدمة أطلق عليها اسم PXRDnet. تم تدريب هذه الخوارزمية على تحليل أنماط حيود معقدة باستخدام قاعدة بيانات ضخمة تحتوي على عشرات الآلاف من التركيبات البلورية المعروفة. ورغم أن هذه التركيبات لا ترتبط بشكل مباشر بالبلورات النانوية قيد الدراسة، إلا أن الخوارزمية نجحت في تعلم الأنماط المحتملة لترتيب الذرات في هذه المواد النانوية.

وقال البروفيسور سيمون بيلينغ، أستاذ علوم المواد والفيزياء والرياضيات التطبيقية في 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".

وتعمل خوارزمية PXRDnet على تحليل أنماط الحيود الناتجة عن بلورات نانوية يصل حجمها إلى 10 أنغستروم فقط، أي أرق بنحو عشرة آلاف مرة من شعرة الإنسان، مما يفتح آفاقًا لفهم المواد على مستوى بالغ الدقة.

واعتبر العلماء هذا التطور نقلة نوعية في علم المواد، لأنه يتيح تحديد بنية المواد النانوية بدقة عالية دون الحاجة إلى بلورات كبيرة أو أدوات باهظة الثمن.

وقال غابي غو، قائد الفريق البحثي: "حين كنت في المدرسة الإعدادية، كانت أنظمة الذكاء الاصطناعي لا تزال تكافح لتمييز القطط من الكلاب. أما اليوم، فها نحن نستخدمها لحل مشكلات علمية معقدة كانت مستعصية على البشر لعقود".

وأضاف البروفيسور هود ليبسون، رئيس قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة كولومبيا: "المثير للدهشة هو أن الذكاء الاصطناعي، رغم افتقاره إلى فهم مباشر للفيزياء أو الهندسة، تمكن من التوصل إلى حل لمعضلة حيرت العلماء لأكثر من مئة عام. وهذا يعطي لمحة عما يمكن أن يقدمه الذكاء الاصطناعي في مجالات علمية أخرى تواجه تحديات مماثلة".

الحقيقة الدولية - وكالات