الذكاء الاصطناعي يحلّ لغز الخصائص الغريبة للماء في درجات التبريد القصوى

وظّف باحثو جامعة أوساكا شبكةً عصبيةً اصطناعيةً لتقييم 16 مؤشراً بنيوياً للماء فائق التبريد وتحديد أكثرها قدرةً على وصف التحولات الهيكلية الكامنة وراء سلوكه الغريب.

تحرير
ألمعي · هيئة التحرير
النشر
٩ يوليو ٢٠٢٦
المصدر
ScienceDaily
القراءات
٠
الوقت
قراءة دقيقتين
ذكاء اصطناعي يحلل البنية الجزيئية للماء فائق التبريد

يكسو سطح كوكب الأرض ما لا يقل عن 71% من مياه، غير أن هذه المادة الشائعة لا تزال تُخفي في طياتها أسراراً فيزيائية تستعصي على الفهم الكامل. فالماء يتمدد عند تجمده بدلاً من أن ينكمش كما تفعل معظم السوائل، وهذا الشذوذ وحده انبثق عنه بحوث علمية لا تُحصى. والآن، وظّف علماء من جامعة أوساكا اليابانية الذكاء الاصطناعي للإجابة عن سؤال محوري: ما أفضل الأدوات الوصفية لفهم البنية الجزيئية للماء في ظروفه الأشد غرابة؟

نُشرت الدراسة في مجلة Communications Chemistry، وتتمحور حول الماء فائق التبريد، وهو ماء يظل سائلاً في درجات حرارة دون الصفر المئوي حين تغيب مواقع التنوّي البلوري. يُبدي الماء في هذه الحالة سلوكاً أشد غرابةً مما يُبديه في درجات حرارته الاعتيادية، ويعزوه الباحثون إلى توازن دقيق بين حالتَين سائلتَين متنافستَين: السائل عالي الكثافة والسائل منخفض الكثافة.

المشكلة التي واجهها العلماء تاريخياً أن الباحثين اقترحوا على مرّ السنين عشرات الأوصاف الجزيئية لقياس كيفية ترتّب جزيئات الماء محلياً، لكن لم يكن ثمة إطار موضوعي لمقارنة هذه الأوصاف أو تحديد أيها أكثر قدرةً على الكشف عن ديناميكيات البنية.

لمعالجة هذه الثغرة، درّب الفريق الياباني شبكةً عصبيةً اصطناعية على بيانات محاكاة الديناميكيات الجزيئية للماء فائق التبريد. وتعلّمت الشبكة التمييز بين السائل عالي الكثافة والسائل منخفض الكثافة في درجات حرارة مختلفة عبر التكرار والتصحيح الذاتي. بعد ذلك، قيّم الباحثون 16 مؤشراً بنيوياً مقترحاً سلفاً في الأدبيات العلمية وحددوا أيها يُمكّن الشبكة العصبية من أداء التمييز بأعلى دقة وأقل تعقيد.

توصّل الفريق إلى أن المؤشرات المرتبطة بالترتيب رباعي الأوجه للروابط الهيدروجينية بين الجزيئات تُسجّل أداءً أعلى من نظيراتها في الكشف عن الاختلافات البنيوية. وهذا الاكتشاف يُعيد توجيه الأبحاث المستقبلية نحو التركيز على هذا النمط من الوصف دون إهدار موارد على مؤشرات أقل أهمية.

تتجاوز أهمية هذه النتائج حدود الفضول العلمي؛ إذ تُسهم في فهم لماذا يتصرف الماء على النحو الذي يتصرف به عند درجات الحرارة المنخفضة، وهو أمر ذو صلة مباشرة بمجالات متعددة: من علم المواد وكيمياء التفاعلات البيولوجية في درجات حرارة منخفضة، إلى حفظ الخلايا الحية في البيوبنكات والأبحاث الجيوفيزيائية المتعلقة بالمحيطات والأنهار الجليدية.

لا تنفصل هذه النتائج عن أولويات العالم العربي؛ فستة عشر دولةً عربية تعاني شُحّاً مائياً حاداً بحسب تقارير الأمم المتحدة، وتعتمد دول الخليج على محطات التحلية لتأمين أكثر من 70% من احتياجاتها المائية. يُعمّق فهم الخصائص الفيزيائية للماء في درجات الحرارة المتطرفة قدرةَ المهندسين العرب على تحسين كفاءة محطات التحلية وأنظمة تخزين المياه، وهي أولويات استراتيجية تتصدر مستهدفات رؤية السعودية 2030 وخطط التنمية المائية الإماراتية.

تُجسّد هذه الدراسة نمطاً متكرراً في العلوم المعاصرة: حين تعجز أساليب التحليل التقليدية عن حسم نقاشات منهجية قائمة بين العلماء، يأتي التعلم الآلي ليضطلع بدور الحَكَم الموضوعي القادر على استيعاب البيانات الضخمة وتقديم إجابات تقوم على الأدلة لا على الحدس.

المصدر الأصلي
ScienceDaily
قراءة المقال الأصلي ↗
قصة اليوم · كل صباح

أعجبك التقرير؟ استلم واحداً كل صباح.

قصةٌ تقنية واحدة تستحقّ وقتك، بالعربية. بلا إعلانات، بلا إزعاج.

بلا إعلانات · إلغاء الاشتراك بنقرة واحدة · بياناتك آمنة

اقرأ أيضًا

المزيد من ذكاء اصطناعي

معدات كاتربيلر الثقيلة في معرض تقني تعرض تقنيات LiDAR والمركبات ذاتية القيادة

كاتربيلر تنقل دروس أتمتة المناجم إلى نشر الذكاء الاصطناعي في مصانع المستقبل

تستثمر شركة كاتربيلر العملاقة عقودها من خبرة الأتمتة في مناجم المعادن لنشر الذكاء الاصطناعي عبر 1.6 مليون أصل متصل، ومساعد صوتي للتقنيين في الميدان، وتوائم رقمية لمواقع البناء.

TechCrunch
طائرة مسيّرة تجارية تحلق في السماء تمثيلاً للتنافس التكنولوجي بين الولايات المتحدة والصين في قطاع الطائرات المسيّرة والروبوتات

أمريكا تُحكم قبضتها على الطائرات المسيّرة والروبوتات لكن الصين تملك ما لا يمكن حظره: الحجم

فرضت الولايات المتحدة رسوماً جمركية على الطائرات المسيّرة والروبوتات الأجنبية بذريعة الأمن القومي، غير أن الصين التي تمسك بـ86% من سوق الروبوتات الإنسانية العالمية قد تُحوّل هذه القيود إلى فرصة للسيطرة على الأسواق الدولية.

TechCrunch
تصور فني لتوسع الكون وتأثير الطاقة المظلمة على انتشار المجرات في الفضاء

دراسة دولية كبرى تؤكد: الكون لا يزال يتسارع في تمدده والطاقة المظلمة باقية

فريق بحثي دولي بقيادة جامعة ساوثهامبتون يدحض الادعاءات الأخيرة بتباطؤ تمدد الكون، مؤكداً بتحليل دقيق للمستعرات العظمى أن الطاقة المظلمة تواصل دفع الكون نحو التسارع الكوني.

ScienceDaily
نهر ثواتس الجليدي في القارة القطبية الجنوبية كما يبدو من طائرة بحثية في مشروع IceBridge

مئات الزلازل الخفية اكتُشفت قرب نهر ثواتس الجليدي وتُهدد برفع البحار ثلاثة أمتار

رصد علماء أستراليون 245 زلزالاً جليدياً مخفياً بالقرب من نهر القيامة الجليدي بأنتاركتيكا بين 2010 و2023، وهي إشارات تُحذر من تسارع وتيرة ذوبانه وعواقبه الكارثية على مستويات البحار عالمياً.

ScienceDaily
تصور فني لدماغ بشري مضيء يرمز لتحسن الوظائف المعرفية جراء تنقية الهواء

دراسة: مرشحات هيبا تُحسّن الوظيفة التنفيذية للدماغ بنسبة 12% في شهر واحد فقط

تجربة سريرية أمريكية تُثبت أن استخدام أجهزة تنقية الهواء بمرشح هيبا في المنزل لمدة شهر واحد يُحسّن أداء الدماغ لدى البالغين فوق الأربعين بنسبة 12%، مما يكشف أثر تلوث الهواء على الوظائف المعرفية.

ScienceDaily
تصور فني للشذوذ الحراري في الوشاح الداخلي للمريخ يُظهر الجزء الجنوبي الأشد سخونة

علماء يكشفون شذوذاً حرارياً ضخماً في أعماق المريخ يفوق بمئات الدرجات توقعاتنا

باحثو كالتك يكشفون أن الجزء الجنوبي من باطن المريخ أشد حرارةً بمئات الدرجات من الشمال وقد يكون منصهراً جزئياً، وهو ما يفسر لغز المغناطيسية والزلازل المريخية.

ScienceDaily
الذكاء الاصطناعي يحلّ لغز الخصائص الغريبة للماء في درجات التبريد القصوى — ألمعي