اسرار طبیعت با همدستی هوش مصنوعی

محققان مؤسسه فناوری جورجیا (Georgia Tech) با توسعه یک مدل هوش مصنوعی به نام «لئوناردو» (LEONARDO)، توانسته‌اند حرکات پیچیده و تصادفی نانوذرات در محیط‌های مایع را تحلیل و حتی شبیه‌سازی کنند. این پیشرفت نه‌تنها پنجره‌ای جدید به دنیای نانومواد گشوده، بلکه راه را برای طراحی داروهای دقیق‌تر، مواد پیشرفته‌تر و حسگرهای هوشمند هموار کرده است.

به گزارش ایسنا، نانوذرات، کوچک‌ترین بلوک‌های سازنده جهان ما، همواره در حال حرکتند؛ اما این حرکت‌ها آن‌قدر پیچیده و تصادفی هستند که حتی پیشرفته‌ترین میکروسکوپ‌ها نیز به‌سختی می‌توانند آنها را ردیابی کنند. اکنون، پژوهشگران مؤسسه فناوری جورجیا (Georgia Tech) با استفاده از هوش مصنوعی، مدلی به نام «لئوناردو» (LEONARDO) را توسعه داده‌اند که نه‌تنها این حرکات را تحلیل می‌کند، بلکه قادر است مسیرهای حرکتی واقع‌گرایانه‌ای را نیز شبیه‌سازی کند. این دستاورد بزرگ می‌تواند تحولی اساسی در حوزه‌های پزشکی، علم مواد و فناوری‌های نانو ایجاد کند.

مطالعه رفتار نانوذرات در مایعات همواره با چالش‌های بزرگی روبه‌رو بوده است. حتی میکروسکوپ‌های الکترونی پیشرفته نیز در ثبت حرکات سریع و نامنظم این ذرات در محیط‌های مایع محدودیت دارند. مدل‌های فیزیکی سنتی مانند حرکت براونی نیز اغلب نمی‌توانند تمام پیچیدگی‌های حرکتی نانوذرات را توضیح دهند، چرا که عواملی مانند ویسکوالاستیسیته مایعات، موانع انرژی و برهمکنش‌های سطحی بر رفتار آنها تأثیر می‌گذارند.

تیم تحقیقاتی ویدا جمالی، استادیار و پژوهشگر ارشد این پروژه در دانشکده مهندسی شیمی و بیومولکولی جورجیا (ChBE@GT)، با استفاده از فناوری میکروسکوپ الکترونی عبوری مایع (LPTEM)، بیش از ۳۸ هزار مسیر حرکتی نانوذرات طلا در آب را ثبت کردند. سپس، با آموزش مدل هوش مصنوعی لئوناردو بر پایه این داده‌ها، موفق شدند حرکات نانوذرات را نه‌تنها تحلیل، بلکه با دقت بالا شبیه‌سازی کنند.

زین شبیب، دانشجوی دکترا و نویسنده اصلی این مطالعه، توضیح می‌دهد: لئوناردو برخلاف بسیاری از مدل‌های یادگیری ماشین که مانند جعبه سیاه عمل می‌کنند، از قوانین فیزیک برای یادگیری استفاده می‌کند. این یعنی خروجی‌های مدل نه‌تنها دقیق هستند، بلکه از نظر فیزیکی نیز قابل‌توجیه هستند.

چرا لئوناردو یک تحول است؟ لئوناردو از یک معماری ترنسفورمربیس (Transformer-based) مشابه مدل‌های هوش مصنوعی پردازش زبان استفاده می‌کند. همان‌طور که یک مدل زبانی قواعد دستوری را می‌آموزد، لئوناردو نیز «دستور زبان» حرکت نانوذرات را یاد می‌گیرد و عوامل پنهان تأثیرگذار بر رفتار آنها را شناسایی می‌کند. این مدل حتی قادر است حرکاتی کاملاً جدید اما واقع‌گرایانه تولید کند که از داده‌های آزمایشگاهی غیرقابل‌تشخیص هستند.

این فناوری می‌تواند در حوزه‌های متعددی تحول ایجاد کند:

پزشکی و دارورسانی هدفمند: درک بهتر حرکت نانوذرات به طراحی داروهای دقیق‌تر کمک می‌کند.

توسعه مواد پیشرفته: شبیه‌سازی رفتار نانوذرات در پلیمرها و کامپوزیت‌ها را ممکن می‌کند.

میکروسکوپ‌های هوشمند: لئوناردو می‌تواند به میکروسکوپ‌ها آموزش دهد تا در لحظه تنظیم شوند و تصاویر بهینه‌تری ثبت کنند.

پروفسور جمالی در این باره می‌گوید: لئوناردو به ما کمک می‌کند نه‌تنها ببینیم در دنیای نانو چه می‌گذرد، بلکه بفهمیم چرا. این مدل دریچه‌ای تازه به سوی درک رفتار ماده در مقیاس اتمی گشوده است.

با گسترش این فناوری، دانشمندان می‌توانند کتابخانه‌ای وسیع از حرکات نانوذرات را شبیه‌سازی کنند و راه را برای کشف مواد جدید، روش‌های درمانی نوین و فناوری‌های کوانتومی هموار کنند. به گفته محققان، عصر جدیدی در علم نانو آغاز شده است؛ عصری که در آن هوش مصنوعی و فیزیک دست‌دردست هم، اسرار طبیعت را فاش می‌کنند.

*