اختراق الذكاء الاصطناعي في فك شفرة الهياكل البلورية: عصر جديد لعلم المواد

لقد كان الذكاء الاصطناعي لفترة طويلة القوة الدافعة وراء التقدم في التكنولوجيا، من الأجهزة الذكية إلى المركبات ذاتية القيادة. ومع ذلك، فإن تأثيره المحتمل يتجاوز بكثير التكنولوجيا الاستهلاكية - الذكاء الاصطناعي على استعداد الآن لإحداث ثورة في المجالات العلمية المعقدة مثل علم المواد. يمكن رؤية مثال رئيسي على ذلك في العمل الرائد الذي يقوم به علماء الكيمياء وعلماء الكمبيوتر في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، الذين طوروا نموذجًا للذكاء الاصطناعي يمكنه التنبؤ بهياكل المواد البلورية بناءً على عينات مسحوقة. يمكن أن يفتح هذا الابتكار في مجال الذكاء الاصطناعي إمكانيات جديدة للصناعات التي تعتمد على تطوير المواد، مثل تخزين الطاقة والمغناطيسية والموصلية الفائقة.

تحدي البلورات المسحوقة
منذ أكثر من قرن من الزمان، اعتمد العلماء علىعلم البلورات بالأشعة السينية إن هذه الطريقة تعمل بشكل أفضل عندما تكون البلورة سليمة. في كثير من الحالات، لا يتبقى للباحثين سوى شكل مسحوق من المادة، حيث يتم تجزئة بنية البلورة إلى اتجاهات عشوائية. وهذا يجعل من الصعب بشكل كبير تجميع الشبكة الأصلية، وهو أمر بالغ الأهمية لفهم خصائص المادة وتطبيقاتها المحتملة.
في قلب هذا الاختراق يوجد نموذج ذكاء اصطناعي جديد طورته معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، والمعروف باسمكريستاليز ، وهو قادر على تفسير أنماط حيود المواد البلورية المسحوقة. تم تصميم هذا النموذج للتنبؤ بالبنية الذرية لهذه المواد بدقة ملحوظة، حتى عندما تفشل الطرق التقليدية. من خلال حل الهياكل من العينات المسحوقة، يمكن أن يساعد نموذج الذكاء الاصطناعي هذا في تطوير مواد لـالبطاريات ,المغناطيس الدائم ، وتطبيقات أخرى في مجال الطاقة والتكنولوجيا.

الذكاء الاصطناعي التوليدي: فك شفرة البلورات
في جوهره، يعد Crystalyze ذكاءً اصطناعيًا توليديًا، مما يعني أنه ينشئ هياكل بناءً على أنماط لم يرها من قبل. تم تدريب النموذج على أكثر من 150 ألف مادة من قاعدة بيانات مشروع المواد، وهو قادر على التنبؤ بشكل وحجم "صندوق" شبكة البلورة وتحديد الذرات التي من المحتمل أن تكون موجودة داخلها. ومن هناك، يقوم بتوليد ترتيبات ذرية محتملة ومقارنتها بأنماط حيود الأشعة السينية في العالم الحقيقي لتحديد ما إذا كانت التوقعات دقيقة.
إن هذا النهج يفتح آفاقًا جديدة في علم البلورات بالابتعاد عن التخمين التقليدي والتجريب اليدوي. وبدلاً من ذلك، يقوم الذكاء الاصطناعي بإنشاء مئات الهياكل المحتملة لمادة معينة ومحاكاة أنماط حيودها. وإذا تطابق النمط المحاكى مع النمط المرصود، فإن الباحثين يعرفون أن لديهم البنية الصحيحة.

قفزة إلى الأمام في علم المواد
إن الآثار المترتبة على هذه التقنية عميقة. فقد قامت فريدمان وفريقها في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا باختبار Crystalyze على أكثر من 100 نمط حيود تجريبي من قاعدة بيانات RRUFF، وكان النموذج دقيقًا بنسبة 67% تقريبًا من الوقت. وعلاوة على ذلك، تم استخدامه لحل هياكل أكثر من 100 مادة لم يتم حلها سابقًا من ملف حيود المسحوق، وهو مستودع ضخم يحتوي على بيانات حيود لأكثر من 400000 مادة.
لا يعمل Crystalyze على حل المشكلات القديمة فحسب، بل يساعد أيضًا في اكتشاف مواد جديدة. استخدم مختبر فريدمان النموذج للتنبؤ بهياكل ثلاث مواد جديدة تم إنشاؤها عن طريق إجبار العناصر على التفاعل تحت ضغط شديد. تتكون هذه المواد من:البزموت والعناصر الأخرى، قد تؤدي إلى تطوير أنواع جديدة من المغناطيسات الدائمة ذات هياكل بلورية وخصائص فيزيائية مختلفة جذريًا.

التأثيرات الأوسع للذكاء الاصطناعي في علم المواد
ما يجعل نموذج الذكاء الاصطناعي هذا ثوريًا بشكل خاص هو قدرته على تسريع وتيرة الاكتشاف في علم المواد، وهو المجال الذي يدعم مجموعة واسعة من الصناعات. سواء كان ذلك من خلال تطوير مواد أكثر كفاءة، أو من خلال تحسين كفاءة المواد، أو من خلال تحسين كفاءة الطاقة، أو من خلال تحسين كفاءة الطاقة، أو من خلال تحسين كفاءة الطاقة.البطاريات ، تعزيز الأداءالموصلات الفائقة ، أو تحسين وظائفالمغناطيس إن فهم بنية المادة أمر بالغ الأهمية لتحسين تطبيقها.
مع استمرار فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في تحسين Crystalyze، يمكن أن يمتد تأثير النموذج إلى مجالات مثلالحوسبة الكمومية ,الطاقة المتجددة ، و تكنولوجيا النانو إن قدرة الذكاء الاصطناعي على تفسير بيانات علم البلورات بالأشعة السينية والتنبؤ بترتيب الذرات داخل مادة ما تشكل قفزة إلى الأمام ليس فقط في مجال علم البلورات ولكن لأي مسعى علمي يعتمد على فهم خصائص المواد على المستوى الذري.

آفاق جديدة للذكاء الاصطناعي
بفضل أدوات مثل Crystalyze، يتحول مستقبل اكتشاف المواد. فما كان يستغرق سنوات من البحث المضني والتجريب اليدوي يمكن إنجازه الآن في جزء بسيط من الوقت. ويوضح هذا الاختراق في مجال الذكاء الاصطناعي كيف يمكن لنماذج الذكاء الاصطناعي التوليدية أن تُحدث ثورة في مجالات خارج التكنولوجيا التقليدية، مما يوفر رؤى غير مسبوقة في اللبنات الأساسية لعالمنا.
مع استمرار الذكاء الاصطناعي في حل الألغاز القديمة في علم البلورات والكشف عن هياكل لم يسبق رؤيتها من قبل، فإن الإمكانات لتطوير مواد وتقنيات جديدة هائلة. من خلال تسريع عملية اكتشاف المواد، سيساعد الذكاء الاصطناعي في إدخال عصر من الابتكار السريع، مما يجعل من الممكن تصميم مواد جديدة.مواد أكثر ذكاءً وكفاءة للاستخدام في كل شيء بدءًا من أنظمة الطاقة وحتى الإلكترونيات المتقدمة.