مساعد ذكاء اصطناعي للمهندسين يحسن تصميم المنشآت
في تطوير هندسي يجمع بين الحساب الآلي والخبرة البشرية، طور فريق من معهد ماساتشوستس للتقنية نظاما يعمل كمساعد ذكي لتصميم الهياكل بالتحسين الطوبولوجي، إذ يقترح أثناء سير الخوارزمية مناطق يمكن للمهندس مراجعتها وتعديلها، بدلا من انتظار التصميم النهائي بعد انتهاء الحسابات. وتُستخدم خوارزميات التصميم الحسابي اليوم في تطوير أجزاء لطائرات خفيفة جدا وهوائيات عالية العرض الترددي وسيارات فورمولا واحد، لكن أفضل هذه الأساليب لا تزال تتطلب حسابات كثيفة ووقتا طويلا. وتواجه هذه الأساليب تحديا إضافيا يتمثل في أن المهندس يرى النتيجة النهائية فقط، مما يصعب عليه تصحيح أخطاء مبكرة أو ضمان أن التصميم قابل للتصنيع. ويستهدف النظام الجديد معالجة هذه المشكلة داخل التحسين الطوبولوجي، وهو أسلوب حسابي متقدم يستخدم التحسين التكراري لملء مساحة التصميم بما يحقق أهدافا محددة. وعلى الرغم من قدرته على إنتاج تصاميم عالية الأداء، إلا أن نتائجه قد تكون غير عملية، مثل ظهور وصلات تحتوي على عدد كبير من الروابط في نقطة واحدة يصعب تنفيذها واقعيا، مما يقلل ثقة المهندسين في المخرجات الحسابية. يعتمد النظام على نموذج تعلم آلي يحدد بسرعة المواقع التي يرجح أن يطلب الإنسان تغييرها. ولتدريب النموذج، أنشأ الباحثون مجموعة بيانات اصطناعية تحاكي ملاحظات بشرية محتملة على آلاف التصاميم، مع الأخذ في الاعتبار اعتبارات الجمالية والأداء وقابلية التصنيع. وأظهرت التجارب أن إدراج الإنسان في حلقة التصميم حسّن قابلية التصنيع ورفع حمل الانبعاج الخطي بنسبة تسعة وثلاثين في المئة، في حين لم تزد مدة التصميم الإجمالية سوى نحو خمس عشرة ثانية مقارنة بالأساليب القائمة على الخوارزمية وحدها. ويرى الفريق أن هذا يجعل الناتج أقرب إلى التنفيذ الفعلي ويساعد على تعزيز ثقة المهندسين في المخرجات. وقاد الدراسة دات ها، وهو باحث دكتوراه سابق في معهد ماساتشوستس للتقنية ويعمل الآن في مجال التصميم الإنشائي، وذلك بمشاركة فردوس عالم، الذي انتقل إلى معهد جورجيا للتقنية، وماركوس بوهلر، وفايز أحمد، وجوزفين كارستنسن. ووردت النتائج في ورقة منشورة في مجلة الاتصالات الهندسية. وأوضح الباحثون أن التحسين الطوبولوجي وجد استخداما في صناعات السيارات والفضاء، لكنه ظل أقل انتشارا في المباني والجسور، لأن قرارا هندسيا كهذا يتطلب ملكية المسار وثقة كاملة في السلامة الإنشائية. ولذلك يؤكد الفريق أن النهج التشاركي لا يلغي الأدوات الحسابية الخالصة، بل يتيح خيارا أقوى عندما تكون الخبرة البشرية ضرورية في مراحل حساسة. ويأمل الباحثون في توسيع النظام لاحقا ليشمل خيارات تعديل أوسع، مثل تغيير سمك مناطق محددة بدلا من الاقتصار على زيادة السماكة أو تقليلها. ويتوقعون أن يساعد هذا في فتح التحسين الطوبولوجي أمام جمهور أوسع من المهندسين والباحثين والطلاب، مع دعم جزئي من صندوق زمالة ماثوركس للهندسة، وشركة تاتا ستيل، واتحاد تأثير الذكاء الاصطناعي التوليدي في معهد ماساتشوستس للتقنية.
