نخستین «کتابخانه هوش مصنوعی ایران» برای طراحی نانومواد توسعه یافت

به گزارش خبرگزاری آنا؛ توسعه مواد پیشرفته، به ویژه در مقیاس نانو، یکی از ارکان اصلی پیشرفت‌های فناورانه در صنایع مختلف محسوب می‌شود. با این حال، فرآیند‌های تحقیق و توسعه در این حوزه اغلب با پیچیدگی‌های محاسباتی، شبیه‌سازی‌های زمان‌بر و تحلیل‌های دشوار داده‌های آزمایشگاهی همراه است. برای غلبه بر این چالش‌ها، یک تیم تحقیقاتی در پارک علم و فناوری دانشگاه صنعتی امیرکبیر، با حمایت ستاد توسعه فناوری نانو، ابزاری نوین را توسعه داده است. این دستاورد که به عنوان نخستین کتابخانه هوش مصنوعی تخصصی کشور در حوزه نانومواد معرفی شده، وعده تحول در سرعت و دقت طراحی مواد را می‌دهد. برای بررسی دقیق‌تر جزئیات فنی، کاربرد‌ها و چشم‌انداز آینده این پروژه، با شکوفه کریمی، مسئول بخش نانومواد این تیم تحقیقاتی به گفت‌و‌گو نشسته‌ایم.

در مورد دستاوردی که در نمایشگاه امسال ارائه کرده‌اید، توضیح دهید.

ما در این نمایشگاه از نخستین کتابخانه تخصصی هوش مصنوعی کشور در حوزه نانومواد رونمایی کردیم. این یک ابزار نرم‌افزاری است که با حمایت ستاد توسعه فناوری نانو و تحت نظارت اساتید دانشگاهی در پارک علم و فناوری دانشگاه صنعتی امیرکبیر توسعه یافته است. هدف اصلی این پروژه، تسهیل فرآیند‌های پیچیده طراحی، شبیه‌سازی و تحلیل داده‌های مرتبط با نانومواد است. این سیستم به کاربران صنعتی و دانشگاهی، حتی آنهایی که دانش عمیقی در زمینه شبیه‌سازی‌های مولکولی ندارند، اجازه می‌دهد تا ساختار‌های نانویی مورد نظر خود را تولید کرده و داده‌های خام آزمایشگاهی را به سادگی به اطلاعات تحلیلی قابل استفاده تبدیل کنند. این پروژه در واقع فاز دوم یک طرح گسترده‌تر است که به صورت ویژه بر روی نانومواد متمرکز شده و ما از فرصت نمایشگاه برای معرفی آن به متخصصان این حوزه استفاده کردیم.

بخش طراحی و شبیه‌سازی نانوساختارها در این کتابخانه چگونه کار می‌کند؟

ماژول تولید و طراحی نانوساختار‌ها یکی از قابلیت‌های کلیدی این کتابخانه است که در دو حالت عمومی و تخصصی عمل می‌کند. در حالت عمومی، کاربر می‌تواند با وارد کردن پارامتر‌های اصلی مانند ابعاد ساختار، مثلاً یک‌بعدی، دوبعدی، سه‌بعدی یا توده‌ای، به همراه پارامتر‌های شبکه کریستالی و تعداد اتم‌های دلخواه، یک مدل شماتیک از ساختار مولکولی را به صورت یک شبیه‌سازی بصری دریافت کند. این ویژگی برای مدل‌سازی سریع ایده‌های اولیه بسیار کارآمد است.

اما در بخش طراحی تخصصی، ما بر روی نانومواد پرکاربرد و مهمی مانند گرافن، سیلیسن و فسفرن متمرکز شده‌ایم. در این قسمت، کاربران می‌توانند با جزئیات بسیار بیشتری ساختار را تعریف کنند؛ برای مثال، می‌توانند طول و عرض دقیق ورقه‌های نانوساختار را مشخص کرده یا حتی نقص و جای‌خالی در ساختار با تعداد معین ایجاد کنند و تأثیر آن را بر مدل نهایی ببینند. این سطح از جزئیات، شبیه‌سازی را به شرایط واقعی آزمایشگاهی نزدیک‌تر می‌کند. خروجی این بخش یک مدل مولکولی دقیق است که می‌تواند مبنای محاسبات و تحلیل‌های بعدی قرار گیرد.

قابلیت اصلی بخش تحلیل داده این ابزار چیست؟

ماژول تحلیل داده برای پر کردن یک خلاء مهم طراحی شده است. این بخش می‌تواند داده‌های خام حاصل از تکنیک‌های متداول آنالیز مواد مانند طیف‌ تبدیل فوریه فروسرخ را مستقیماً از خروجی دستگاه دریافت و پردازش کند. مزیت اصلی آن، خودکارسازی فرآیند تحلیل است. یک کاربر صنعتی یا پژوهشگر، تنها با وارد کردن داده خام به نرم‌افزار، مجموعه‌ای از اطلاعات حیاتی را دریافت می‌کند. کتابخانه ما به صورت خودکار نمودار‌های مربوطه را رسم کرده و محاسبات کلیدی را انجام می‌دهد. برای مثال، در تحلیل داده‌های طیف‌سنجی، سیستم سطح زیر پیک‌ها را محاسبه می‌کند و بر اساس آن، اطلاعاتی مانند درصد خلوص ماده، میزان ناخالصی‌ها، درصد عناصر تشکیل‌دهنده یا میزان رطوبت نمونه را گزارش می‌دهد. علاوه بر این، برای نانوساختار‌های فلزی یا نیمه‌رسانا، این ابزار می‌تواند پارامتر‌های مهمی مانند باند گپ را محاسبه کند. این قابلیت به شکل چشمگیری فرآیند سنتز مواد جدید را تسریع می‌بخشد، زیرا محققان می‌توانند به سرعت نتایج را تحلیل کرده و میزان پیشرفت خود را ارزیابی کنند.

برای آینده این پروژه چه برنامه‌هایی جهت توسعه و تکمیل آن دارید؟

مسئول بخش نانومواد تیم تحقیقاتی: ما برنامه‌های جامعی برای گسترش قابلیت‌های این کتابخانه در فاز‌های آینده داریم. یکی از اهداف اصلی، تکمیل پایگاه داده مواد است تا علاوه بر گرافن و مواد مشابه، نانوساختار‌های دیگری را نیز به صورت تخصصی پوشش دهیم. همچنین، قصد داریم قابلیت‌های شبیه‌سازی را با افزودن امکان تعریف تعداد لایه‌ها در ساختار‌های دوبعدی، به واقعیت‌های فیزیکی نزدیک‌تر کنیم. در بخش تحلیل داده نیز، پشتیبانی از تکنیک‌های آنالیز بیشتر و افزایش هوشمندی سیستم در دستور کار قرار دارد. برای مثال، سیستم تحلیل طیف‌ تبدیل فوریه فروسرخ در آینده قادر خواهد بود با تحلیل موقعیت پیک‌ها، نوع ماده را نیز شناسایی و پیشنهاد کند.

با این حال، چشم‌انداز نهایی و هدف غایی ما، دستیابی به یک سیستم طراحی معکوس است. در آن حالت، کاربر خواص فیزیکی و شیمیایی مورد نظر خود را به سیستم اعلام می‌کند و کتابخانه هوش مصنوعی، بر اساس مدل‌های خود، بهترین نانوساختار ممکن برای دستیابی به آن خواص را پیشنهاد می‌دهد. این یک جهش بزرگ در صنعت مواد پیشرفته خواهد بود که تحقیق و توسعه را از حالت آزمون و خطا به یک فرآیند طراحی هوشمند تبدیل می‌کند.

هدف اصلی شما از معرفی تخصصی این پروژه در حوزه نانومواد در نمایشگاه امسال چه بود؟

مسئول بخش نانومواد تیم تحقیقاتی: پروژه ما در دو فاز اصلی تعریف شده بود. فاز نخست بر توسعه یک کتابخانه عمومی برای کلیه مواد متمرکز بود. فاز دوم که محصول آن را اکنون ارائه کرده‌ایم، به صورت تخصصی روی حوزه نانومواد تمرکز دارد. هدف ما از حضور در نمایشگاه فناوری نانو، معرفی رسمی همین نسخه تخصصی به جامعه علمی و صنعتی کشور بود. می‌خواستیم این ابزار را به نمایش بگذاریم و از متخصصان این حوزه بازخورد دریافت کنیم تا بتوانیم اهداف آتی پروژه را بهتر پیش ببریم. تیم ما که در آزمایشگاه گرافن و مواد پیشرفته نانو در پارک علم و فناوری دانشگاه صنعتی امیرکبیر فعالیت می‌کند، این پروژه را به عنوان پلی برای کاهش فاصله میان دانش آکادمیک و نیاز‌های عملیاتی صنعت توسعه داده است.