في الماضي، كان الابتكار الصناعي يُحقق حصراً عبر أفران الصهر المُدخّنة، وتجارب عملية لا حصر لها، وعقود من دراسة مخططات أطوار المعادن. أما اليوم، فيبدو أن التقدم يتحقق من خلال البيانات. فبإدخال واحد وثمانين مُعاملاً فيزيائياً إلى خوارزمية مُدرّبة تدريباً جيداً، حقق علم المعادن قفزة نوعية. لا نتحدث هنا عن تطبيق آخر تافه لتوليد الصور الرقمية، بل عن تقدم حقيقي وملموس، والأهم من ذلك، ذي أهمية اقتصادية كبيرة لقطاع التصنيع.
اتخذ باحثون من جامعة جنوب الصين وجامعة بيردو خطوة حاسمة: فقد استخدموا الذكاء الاصطناعي لتصميم فئة جديدة من الفولاذ فائق القوة للطباعة ثلاثية الأبعاد . لا يقتصر دور هذه المادة على حل مشكلة عويصة في علم المواد فحسب، بل يساهم أيضاً في خفض تكاليف الإنتاج وأوقاته بشكل كبير.
في علم المعادن، لطالما كان هناك توازن دقيق. فإذا أردنا فولاذًا فائق القوة، علينا أن نتقبل أنه سيصبح أكثر هشاشة وعرضة للكسر تحت الضغط. وعلى النقيض، إذا صممناه ليكون مطيلًا ومرنًا، فسيكون أضعف حتمًا. ويُعتبر تحقيق هاتين الخاصيتين معًا إنجازًا نادرًا للغاية. وحتى الآن، وللوصول إلى هذه النتيجة تقريبًا في الطباعة ثلاثية الأبعاد، كان على الصناعات الثقيلة الاعتماد على كميات هائلة من عناصر باهظة الثمن ونادرة، مثل الكوبالت والموليبدينوم والنيكل فائق النقاء.
إذن، كيف تدخل الذكاء الاصطناعي؟ لم يتعامل فريق البحث مع الذكاء الاصطناعي كصندوق أسود يطلب منه تخمين وصفة سحرية، بل استخدموا نموذجًا للتعلم الآلي قابلًا للتفسير. زودوا الخوارزمية بالخصائص الفيزيائية والكيميائية الأساسية للعناصر: نصف القطر الذري، وسلوك الإلكترون، وسرعة انتشار الصوت في المادة، وطاقة تنشيط الانتشار، وما إلى ذلك.
حسبت الخوارزمية، بعد معالجة هذه البيانات، أن مزيجًا محددًا من الحديد والكروم، بالإضافة إلى كميات صغيرة ودقيقة للغاية من عناصر رخيصة الثمن (السيليكون والنحاس والمنغنيز والألومنيوم)، سيشكل بنية داخلية مثالية. والنتيجة هي سبيكة Fe-15Cr-3.2Ni-0.8Mn-0.6Cu-0.56Si-0.4Al-0.16C، مطبوعة ثلاثية الأبعاد طبقة تلو الأخرى باستخدام تقنية الترسيب الموجه للطاقة بالليزر ( LDED ).
لفهم الأهمية الصناعية لهذا الاكتشاف، يكفي النظر إلى الاختلافات مع الطرق التقليدية:
| المعايير الصناعية | الفولاذ التقليدي عالي الأداء | فولاذ جديد مُولّد بالذكاء الاصطناعي |
| المواد الأساسية | غالي الثمن (الكوبالت، الموليبدينوم، جرعات عالية من النيكل) | رخيصة ومتوفرة بكثرة (السيليكون، النحاس، الألومنيوم) |
| المعالجة الحرارية | متعدد المراحل، معقد، يستغرق أيامًا | أحادي الطور عند 480 درجة مئوية لمدة 6 ساعات فقط |
| المقاومة والليونة | التسوية (سواء كانت قوية أو مرنة) | يجمع بين قوة فائقة (1713 ميجا باسكال) وليونة (+30%) |
| مقاومة التآكل | غالباً ما يكونون عرضة للخطر، ويحتاجون إلى العلاج. | مقاومة عالية (تدهور بمعدل 0.105 ملم/سنة) |
لكن لماذا ينبغي أن يثير هذا الإنجاز التقني اهتمام عامة الناس، والمدخرين، وصناع السياسات؟ يكمن الجواب في الاقتصاد الحقيقي. فمن منظور الاقتصاد الكلي، ومن منظور كينزي بحت، تُعدّ الابتكارات التي تزيد من الإنتاجية الحدية لرأس المال وتُخفّض التكاليف الهيكلية المحرك الحقيقي لثروة أي أمة.
مثال على الطباعة ثلاثية الأبعاد بالليزر (على ركيزة من أكسيد الألومنيوم)
لهذا السبب يُعد نظام دراسة الدوري هذا ضروريًا لنا جميعًا:
- خفض تكاليف البنية التحتية: إن بناء خطوط أنابيب الغاز، وتوربينات الرياح البحرية، والجسور باستخدام الفولاذ المقاوم للصدأ، والذي يتميز بتكلفته المنخفضة عند الإنتاج، من شأنه أن يوفر مليارات الدولارات في الصيانة العامة والخاصة. يستخدم هذا الفولاذ الجديد جزيئات نانوية من النحاس للحفاظ على توزيع الكروم بشكل متساوٍ، مما يمنع تكون الصدأ.
- الاستقلال الاستراتيجي: إن تقليل الاعتماد على المعادن النادرة والمكلفة (التي غالباً ما يتم استخراجها في مناطق غير مستقرة جيوسياسياً) لصالح العناصر المشتركة يحمي الصناعات الثقيلة من الصدمات الخطيرة في الإمدادات.
- توفير حقيقي للطاقة: الانتقال من عمليات معالجة معقدة تستغرق أيامًا في الأفران الصناعية إلى عملية حرق واحدة مدتها ست ساعات يقلل بشكل كبير من فواتير الطاقة للمسابك وشركات التصنيع. ميزة تنافسية هائلة.
- وسائل نقل أكثر كفاءة: إن امتلاك مكونات طيران أو سيارات أخف وزناً وأكثر مرونة وأكثر متانة في نفس الوقت يترجم إلى مركبات تستهلك وقوداً أقل وتدوم لفترة أطول، مما يخفف عبء الإنفاق على الطبقة المتوسطة.
يكمن سر هذه السبيكة في بنيتها المجهرية. إذ تُولّد معالجة حرارية قصيرة شبكة كثيفة من الجسيمات النانوية التي تعمل كنقاط تفتيش لمنع انتشار الشقوق في المعدن. وفي الوقت نفسه، تعمل جيوب مجهرية من مادة أكثر ليونة (الأوستنيت) كممتصات للصدمات، فتتشوه لامتصاص الإجهاد دون أن تنكسر.
في عصرٍ غالباً ما يغرق في نقاشاتٍ حول اقتصادٍ متزايد التمويل، وغير ملموس، ومضارب، تعيدنا هذه الأخبار إلى التصنيع الراسخ. فالذكاء الاصطناعي، عند تطبيقه في الهندسة والإنتاج الصناعي، لم يعد مجرد أداةٍ للتسلية أو التحكم، بل أصبح رافعةً لإنتاجٍ أفضل بتكاليف أقل، مما يخلق قيمةً مضافةً حقيقيةً وقابلةً للقياس للنظام الاقتصادي برمته.
المقال بعنوان "الذكاء الاصطناعي في المصنع: سبيكة فولاذية فائقة جديدة وغير مكلفة لا تصدأ" مأخوذ من مجلة Scenari Economici .