الذكاء الاصطناعي يستخرج قوانين ميكانيكا المواد من البيانات

طوّر باحثون في معهد التكنولوجيا الشرقي بمدينة نينغبو الصينية خلال عام ٢٠٢٥ إطار عمل ذكي يعتمد على الذكاء الاصطناعي والرسوم البيانية، يُعرف بـ GraphED، يستخلص قوانين التركيب المادي للمواد الصلبة مباشرة من البيانات التجريبية دون الحاجة إلى معادلات مسبقة الصنع. وينشر البحث في مجلة ساينس أدفانسز، حيث يمثل نقلة نوعية في ميكانيكا المواد الصلبة، إذ يتخطى الاعتماد التقليدي على الحدس الفيزيائي والصياغات التجريبية الثابتة، ليعتمد على البحث الذاتي الأمثل عن الصيغ الرياضية الدقيقة والمفسرة فيزيائياً. يتمحور الإطار حول تحويل التعبير الرياضي إلى رسوم بيانية موجهة، حيث تمثل العقد المشغلين الرياضيين والمتغيرات الفيزيائية، بينما تحدد الأوتار الروابط المنطقية والحسابية بينها، مع إمكانية دمج الثوابت الفيزيائية الثابتة ومعاملات المواد القابلة للضبط. ويتيح هذا التمثيل للذكاء الاصطناعي تحسين بنية المعادلة ومعاملات المادة بشكل متزامن، مما يحل مشكلة التمثيل الحسابي المعقد التي تعيق اكتشاف القوانين المادية آلياً. وتعتمد العملية على توليد وتقييم وتحسين مرشح من المعادلات القائمة على الرسوم البيانية، لإنتاج صيغ رياضية مدمجة ومتسقة فيزيائياً وقابلة للقراءة البشرية، مع دقة تنبؤية عالية. واختبر الفريق فعالية النموذج على ثلاثة أنظمة مواد صلبة ذات خصائص ميكانيكية مختلفة، شملت الفولاذ السبائكي، ومعدن الليثيوم المستخدم في الأجهزة الطاقوية، والمطاط المطعم. وأظهرت النتائج تفوق النموذج على النماذج التجريبية السائدة، مثل نموذج جونسون-كوك، في التنبؤ بدقة بسلوك الفولاذ تحت تأثير معدل الانفعال والتصلب. كما نجح في صياغة معادلات تدفق بلاستيكي مدمجة لمعدن الليثيوم، تتوافق بدقة استثنائية مع القياسات المخبرية رغم حساسيته الشديدة لدرجات الحرارة ومعدلات الانفعال. وفي المطاط، استخرج الإطار معادلة فرط مرونة مدمجة حافظت على دقة متينة عبر تركيبيات مواد وظروف حرارية متعددة. ويؤكد الباحثون أن هذه المنهجية تعيد تعريف مسار البحث في ميكانيكا المواد، حيث تنتقل من افتراض شكل المعادلة مسبقاً إلى استخراجها تلقائياً من البيانات الخام. وينظر الأستاذ المساعد يونتيان تشين إلى تمثيل المعادلات كرسم بياني على أنه حل أساسي لمشكلة التمثيل الحسابي، فيما يرى البروفيسور دونغشياو تشانغ أن الإطار يفتح آفاقاً رحبة لتطبيقات تتجاوز ميكانيكا المواد إلى مختلف الحقول العلمية التي تسعى لاستنباط قوانين فيزيائية قابلة للتفسير من البيانات الرصدية والتجريبية، خاصة حين تفشل النماذج التقليدية في وصف الظواهر المعقدة.