نموذج ذكاء اصطناعي ثوري يحاكي مليارات الذرات يفتح الباب أمام إنتاج إسمنت مستدام بيئيًا قادر على امتصاص ثاني أكسيد الكربون

ملخص بحث عن الذكاء الاصطناعي لمحاكاة مليارات الذرات وتطوير الخرسانة الكربونية المحايدة في عالم يشهد تدهورًا سريعًا بسبب التغير المناخي، أصبح البحث عن حلول مبتكرة لخفض الانبعاثات الكربونية أمرًا حاسمًا. أحد التحديات الكبرى هو الخرسانة، التي تعد من أكبر مصادر انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، حيث تساهم في حوالي 8% من الانبعاثات العالمية. لكن بحثًا جديدًا أجراه باحثون من كلية الهندسة في جامعة ساوثرن كاليفورنيا (USC Viterbi) قد فتح آفاقًا جديدة في هذا المجال. خلفية البحث بدأ هذا المشروع بعد حرائق يناير في لوس أنجلوس، حيث تعامل الباحثون Aiichiro Nakano و Ken-Ichi Nomura و Priya Vashishta و Rajiv Kalia مع مشكلة الانبعاثات الكربونية الناتجة عن إنتاج الخرسانة. الباحثون طوروا نموذجًا ثوريًا يدعى Allegro-FM، وهو نموذج محاكاة يستخدم الذكاء الاصطناعي لاختبار سلوكيات مليارات الذرات بشكل متزامن. هذا النموذج يمكنه تحديد طرق لاستعادة ثاني أكسيد الكربون واستخدامه في الخرسانة، مما يجعلها خرسانة كربونية محايدة. آليات العمل والإنجازات الخرسانة هي مادة مقاومة للحرائق وتعد خيارًا مثاليًا للبناء بعد الحرائق. ومع ذلك، فإن إنتاجها يسبب انبعاثات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون. Allegro-FM يقدم حلاً نظريًا لهذه المشكلة من خلال محاكاة مختلف الكيميائيات الخرسانية افتراضيًا قبل إجراء التجارب الحقيقية، مما يمكن الباحثين من تطوير خرسانة تعمل كمرفق لتخزين الكربون بدلاً من مصدر له. الاختراق الرئيسي في هذا النموذج يكمن في قدرته على التوسع. بينما تقتصر أساليب المحاكاة الجزيئية التقليدية على أنظمة تحتوي على آلاف أو ملايين الذرات، أظهر Allegro-FM كفاءة بنسبة 97.5% عند محاكاة أكثر من أربعة مليارات ذرة على الكمبيوتر الفائق Aurora في مختبر Argonne الوطني. هذا يمثل قدرات حسابية تقريبًا 1,000 مرة أكبر من الأساليب التقليدية. يغطي النموذج 89 عنصرًا كيميائيًا ويمكنه التنبؤ بسلوك الجزيئات في تطبيقات متنوعة، تتراوح من كيمياء الإسمنت إلى تخزين الكربون. كما يمكنه محاكاة الخواص الميكانيكية والهيكلية للخرسانة، مما يفتح الباب أمام فهم أفضل لسلوك هذه المادة المعقدة. الفوائد البيئية والهندسية إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون داخل الخرسانة ليس فقط يجعلها خرسانة كربونية محايدة، بل يمكن أن يعزز أيضًا صلابتها ومقاومتها للمعادن. كما أن هذه الخرسانة المحسنة قد تدوم لفترة أطول من الخرسانة الحديثة التي تدوم حوالي 100 عام على الأكثر. الخرسانة الرومانية القديمة، التي استمرت لأكثر من 2,000 عام، يمكن أن تكون مرجعًا في هذا السياق. التقدم التكنولوجي استخدم الباحثون الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة لتبسيط عملية محاكاة الذرات. في السابق، كان يتطلب الأمر مجموعة معقدة من الصيغ الرياضية الدقيقة—"ظواهر ميكانيكا الكم الغامضة"، كما وصفها Nomura—لكن الذكاء الاصطناعي يمكنه الآن توليد مجموعة تدريبية ثم ترك النموذج يسير بشكل ذاتي. هذا يسرع العملية بشكل كبير ويجعلها أكثر كفاءة في استخدام التقنيات. التوقعات المستقبلية رغم النجاحات الحالية، يؤكد الباحثون أن عملهم ما زال مستمرًا. يخططون لمواصلة دراساتهم حول الخرسانة، مع التركيز على هندسة أشكال وأسطح أكثر تعقيدًا. هذا البحث يمكن أن يساهم في تطوير مواد بناء أكثر استدامة ومقاومة للظروف البيئية القاسية. تقييم الخبراء يقول المختصون إن هذا الاختراق يمكن أن يغير وجه البحوث في مجالات المواد والهندسة. فالقدرة على محاكاة مليارات الذرات بسرعة وكفاءة تتيح فرصًا جديدة لفهم وتطوير مواد بناء أكثر صداقة للبيئة ومتانة. نبذة عن جامعة ساوثرن كاليفورنيا (USC) تعد جامعة ساوثرن كاليفورنيا (USC) من أهم مؤسسات التعليم العالي في الولايات المتحدة، وتشتهر بكلية الهندسة Viterbi التي تشتهر بأبحاثها الرائدة في مجالات الذكاء الاصطناعي وهندسة المواد. يعمل الباحثون في هذه الكلية على تطوير حلول تقنية مبتكرة لتحديات العالم الحالية، بما في ذلك التغير المناخي والبناء المستدام.