نظام ذكاء اصطناعي يصمم مواد ميتاماتريال مقاومة للعيوب ذات وظائف معقدة

أعلن فريق بحثي بقيادة جامعة كاليفورنيا في بيركلي عن تطوير إطار عمل ذكاء اصطناعي يُدعى "GraphMetaMat"، يمكنه تصميم مواد متعددة التموج (Metamaterials) ذات خصائص ميكانيكية مميزة وقابلية للتصنيع، مع تقليل تأثير العيوب التي قد تحدث أثناء التصنيع. هذا الإطار يُعتبر ابتكارًا مهمًا في مجال المواد المصنعة، حيث يُمكّن المستخدمين من إنشاء تصميمات جديدة تمامًا باستخدام مدخلات مخصصة، مثل منحنى الضغط-التمدد أو فجوات تقليل الاهتزاز. تُستخدم المواد الخفيفة والمُحاطة (Cellular Materials) في العديد من الصناعات، مثل السيارات والطيران والطب، لتعزيز الأداء، لكن العيوب التي تحدث أثناء تصنيعها قد تؤدي إلى فشل في الأداء أو حتى كوارث. وقد أدى هذا التحدي إلى تقييد تطبيقات المواد المتعددة التموج بشكل كبير. ويعتبر "GraphMetaMat" الحل الجديد الذي يدمج بين التصميم والتصنيع، ويُعالج هذه العيوب من خلال استخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي المتقدمة مثل التعلم التعزيزي والتعلم بالاقتداء ونموذج التقدير وبحث شجرة مونت كارلو. خلال بحثهم المنشور في مجلة "Nature Machine Intelligence"، أظهر الباحثون أن "GraphMetaMat" يمكنه إنشاء تصميمات تُمثل المواد كرسوم بيانية (Graphs)، حيث يضيف العقد والحواف تدريجيًا لتحديد الشكل والبنية. كما يُمكنه تضمين قيود التصنيع والعناصر غير المثالية، مما يضمن استقرار المواد حتى في حالة وجود عيوب صغيرة أثناء التصنيع. أشار الباحثون إلى أن الطرق التقليدية مثل تحسين التصميم أو الطرق التصنيعية المعتمدة على الحدس كانت قادرة على توقع استجابات بسيطة، لكنها تواجه صعوبات في تصميم مواد ذات خصائص معقدة مثل امتصاص الطاقة أو تقليل الاهتزاز، وهي ضرورية لتطبيقات مثل المصدات في السيارات أو المعدات الرياضية. في حين أن استخدام الشبكات العصبية الرسومية (Graph Neural Networks) في تصميم المواد كان مثيرًا للاهتمام، إلا أن نقص البيانات التدريبية كان عائقًا كبيرًا. لحل هذه المشكلة، قام فريق البحث بدمج تقنيات متعددة من الذكاء الاصطناعي في "GraphMetaMat"، مما سمح له بإنشاء مواد خفيفة وفعّالة في امتصاص الطاقة وتقليل الاهتزاز على ترددات مختلفة. وقد أظهرت التجارب أن هذه المواد تفوق المواد التقليدية مثل الفوم البلاستيكي والبلورات الصوتية (Phononic Crystals) في الأداء. يُعتبر هذا الإطار الجديد مفتاحًا لتطوير مواد متعددة التموج قابلة للتصنيع وتحمّل العيوب، مما يفتح آفاقًا جديدة لتصميم مواد ذات أداء عالي ووظائف مخصصة. يُعد "GraphMetaMat" من التقنيات المبتكرة التي تجمع بين التصميم والتصنيع، ويُقدّم نموذجًا جديدًا لتطوير المواد في المستقبل.