البصمات الكيميائية بمساعدة الذكاء الاصطناعي

نجح الباحثون في تطوير طريقة للتنبؤ بطيف الأشعة تحت الحمراء الجزيئي لجزيء فردي بمساعدة الذكاء الاصطناعي. وتمكن الباحثون من إجراء عمليات محاكاة لم تكن ممكنة من قبل

أدى التقدم السريع في أبحاث الذكاء الاصطناعي إلى مجموعة واسعة من التطورات الرائعة في هذا المجال خلال العقد الماضي، مثل، على سبيل المثال، المركبات ذاتية القيادة، ولكن أيضًا التطبيقات اليومية مثل محركات بحث الويب ومرشحات البريد العشوائي تظهر تنوع الذكاء الاصطناعي. والأساليب المطورة في هذا المجال.

يعد الفحص المجهري بالأشعة تحت الحمراء أحد أهم الطرق التجريبية المصممة لاكتساب رؤى من عالم الجزيئات. طيف الأشعة تحت الحمراء هو بصمة كيميائية توفر معلومات حول تركيب وخصائص المواد المختلفة. وفي كثير من الحالات، يكون هذا الطيف معقدًا بشكل خاص ويتطلب تحليلًا دقيقًا بمساعدة عمليات المحاكاة الحاسوبية. على الرغم من أن الحسابات الكيميائية الكمومية تشكل من حيث المبدأ تنبؤًا دقيقًا بشكل خاص لأطياف الأشعة تحت الحمراء، إلا أن تطبيقها العملي يمثل تحديًا بسبب الطاقة الحسابية العالية المطلوبة لهذا الغرض. وبالتالي، لا يمكن حساب أطياف الأشعة تحت الحمراء الموثوقة إلا للأنظمة الكيميائية الصغيرة نسبيًا.

وقد توصلت مجموعة بحث دولية بقيادة الباحث فيليب ماركيتاند من كلية الكيمياء بجامعة فيينا إلى طريقة لتسريع عمليات المحاكاة هذه بمساعدة الذكاء الاصطناعي. ومن أجل تنفيذ هذه المهمة، يتم استخدام الأنظمة المعروفة باسم "الشبكة العصبية الاصطناعية"، وهي نماذج رياضية للدماغ البشري. هذه الشبكات قادرة على تعلم العلاقات المتبادلة المعقدة في ميكانيكا الكم والمطلوبة لنمذجة طيف الأشعة تحت الحمراء الذي تم الحصول عليه من عينات قليلة فقط. ومن خلال هذا النهج، أصبح العلماء قادرين على إجراء عمليات المحاكاة في بضع دقائق، مقارنة بالطرق الأخرى الموجودة التي قد تستغرق آلاف السنين - دون الانتقاص من موثوقية النتائج التي تم الحصول عليها. يقول مؤلف المقال الذي يصف البحث: "أخيرًا، أصبحنا اليوم قادرين على إجراء عمليات محاكاة للمشكلات الكيميائية التي لم يكن من الممكن إجراؤها في الماضي".

وبناء على نتائج هذه الدراسة فإن الباحثين مقتنعون بأن أسلوبهم في التنبؤ بالطيف سيصبح شائعا في المستقبل القريب في مجال تحليل طيف الأشعة تحت الحمراء من نتائج التجارب الكيميائية.

ملخص المقال