في تقدم رائد، كشف العلماء في جامعة سنغافورة الوطنية (NUS) عن منهجية رائدة قائمة على الذكاء الاصطناعي لتصنيع مواد كمومية تعتمد على الكربون على المستوى الذري. يدمج هذا النهج الثوري، المسمى CARP (كيميائي المسبار الذري الآلي)، تقنيات الفحص المجهري للمسبار الماسح والشبكات العصبية العميقة للدخول في عصر جديد من الإنتاج الذري. ويكمن الابتكار الحقيقي في تكامل الذكاء الاصطناعي على نطاق تحت أنجستروم، مما يوفر سيطرة أكبر على تصنيع المواد الكمومية، كما أعلن في مجلة Nature Synthesis في 29 فبراير 2024.
ظهور CARP – إعادة تعريف تصنيع المواد الكمومية
في مجال تكنولوجيا النانو، تعد الدقة على المستوى الذري أمرًا بالغ الأهمية لتطوير إنتاج المواد الكمومية. تمثل مركبات النانو المغناطيسية ذات الغلاف المفتوح، بمراكزها المغزلية القوية والمغناطيسية الكمومية الجماعية، وسيلة واعدة لتطوير الأجهزة الإلكترونية عالية السرعة وأجهزة الكمبيوتر الكمومية. ومع ذلك، فإن تحقيق التصنيع الدقيق لهذه المواد وتخصيصها على المستوى الذري كان يمثل تحديًا كبيرًا. أدخل المسبار الذري الآلي (CARP) الذي تصوره الكيميائيون، وهو مفهوم ثوري ابتكره العلماء في جامعة سنغافورة الوطنية (NUS).
يدمج هذا النهج المبتكر، بقيادة الأستاذين المساعدين لو جيونج وتشانغ تشون، رؤى من كيمياء المسبار والذكاء الاصطناعي لأتمتة تصنيع وتوصيف الجرافينات النانوية المغناطيسية ذات الغلاف المفتوح على مستوى الجزيء الواحد. من خلال الاستفادة من الشبكات العصبية العميقة المدربة بخبرة كيميائيي علوم السطح، يتيح CARP الهندسة الدقيقة لطوبولوجيا الإلكترون وتكوينات الدوران، مما يعكس قدرات الكيميائيين البشريين.
الكشف عن إمكانات CARP – تحويل تخليق المواد الكمومية
وقد توج تعاون فريق البحث مع البروفيسور المشارك وانغ شياونان من جامعة تسينغهوا في الصين بنشر النتائج في مجلة Nature Synthesis، مما يمثل علامة فارقة في تصنيع المواد الكمومية. من خلال الاختبارات الصارمة، أثبت CARP فعاليته في إجراء تفاعلات الهدرجة الحلقية الانتقائية المعقدة للموقع، وهي ضرورية لإنتاج مركبات كيميائية ذات خصائص هيكلية وإلكترونية محددة. من خلال اعتماد المعرفة المتخصصة بكفاءة وتحويلها إلى مهام يمكن فهمها بواسطة الآلة، يحاكي CARP سير عمل الكيميائيين البشريين، ويتلاعب بالشكل الهندسي وخصائص الدوران للمركبات الكيميائية النهائية.
يتيح تكامل قدرات الذكاء الاصطناعي لـ CARP استخلاص المعلومات المخفية من قواعد البيانات التجريبية، واستكمال عمليات المحاكاة النظرية وتحسين فهم آليات التفاعل الكيميائي للمسابير. يسلط البروفيسور لو الضوء على هدف العمل على المستوى الذري لإحداث ثورة في إنتاج المواد الكمومية، والسعي لتوسيع إطار CARP للتفاعلات الكيميائية متعددة الاستخدامات باستخدام مجسات على السطح بحجم وكفاءة. يتمتع هذا النهج التحويلي بالقدرة على تسريع الأبحاث الأساسية في المواد الكمومية وتمهيد الطريق للتصنيع على الرقاقة، مما يبشر بعصر جديد من التصنيع الذري الذكي.
التنقل في مستقبل تصنيع المواد الكمومية من خلال الابتكار القائم على الذكاء الاصطناعي
نظرًا لأن المجتمع العلمي يتبنى التقنيات القائمة على الذكاء الاصطناعي لدفع حدود الابتكار، فإن ظهور CARP يمثل خطوة مهمة إلى الأمام في مجال تصنيع المواد الكمومية. ومن خلال الدمج السلس للخبرة البشرية مع الذكاء الاصطناعي، يوفر CARP دقة وكفاءة غير مسبوقتين في عمليات التصنيع الذرية.
إن الآثار المترتبة على هذا الاختراق واسعة النطاق، حيث تتراوح التطبيقات المحتملة من الأجهزة الإلكترونية عالية السرعة إلى الحوسبة الكمومية. ومع ذلك، وسط الإثارة المحيطة بقدرات CARP، يبقى سؤال واحد: كيف سيعيد تكامل الذكاء الاصطناعي تشكيل مشهد أبحاث تكنولوجيا النانو والمواد الكمومية في السنوات القادمة؟