النمل الأبيض يلهم علماء لتصميم مواد جديدة

أجروا محاكاة لأسلوبه في تجهيز هياكل من أشياء متباينة

تل نمل أبيض شوهد في محمية غابورون في بوتسوانا (الفريق البحثي)
تل نمل أبيض شوهد في محمية غابورون في بوتسوانا (الفريق البحثي)
TT

النمل الأبيض يلهم علماء لتصميم مواد جديدة

تل نمل أبيض شوهد في محمية غابورون في بوتسوانا (الفريق البحثي)
تل نمل أبيض شوهد في محمية غابورون في بوتسوانا (الفريق البحثي)

ألهم النمل الأبيض باحثين من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، لتصميم مواد جديدة تحاكي القواعد الأساسية المخفية في أنماط نمو الطبيعة، ومحاكاة الطريقة التي يبني بها النمل الأبيض أعشاشه.
وأظهر الباحثون أنه باستخدام هذه القواعد، من الممكن إنشاء مواد مصممة بخصائص محددة قابلة للبرمجة، وتم نشر البحث، الذي قادته كيارا دارايو، أستاذ الهندسة الميكانيكية والفيزياء التطبيقية والفيزياء التطبيقية، في العدد الأخير من مجلة «ساينس».
وتقول دارايو في تقرير نشره أول من أمس الموقع الرسمي لمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا: «يبلغ طول النمل الأبيض بضعة ملليمترات فقط، ولكن يمكن أن يصل ارتفاع أعشاشه إلى 4 أمتار، وهو ما يعادل بناء الإنسان لمنزل على ارتفاع جبل (ويتني) في كاليفورنيا، وإذا نظرت داخل عش النمل الأبيض، فسترى شبكة من الهياكل غير المتكافئة والمترابطة، فتجده مصنوعاً من حبيبات الرمل والغبار والأوساخ واللعاب والروث، ورغم أن هذا الهيكل يبدو غير منتظم، لكن الحقيقة أنه مصمم خصيصاً بطريقة تتيح تهوية جيدة».
وتضيف: «اعتقدنا أنه من خلال فهم كيفية مساهمة النمل الأبيض في تصنيع العش، يمكننا تحديد قواعد بسيطة لتصميم المواد المهندَسة بخصائص ميكانيكية فريدة».
والمواد المهندَسة هي مواد صلبة أو مركبة تتكون من لبنات البناء التي يتم تنظيمها بعد ذلك في هياكل ثلاثية الأبعاد، من مقياس النانو إلى مقياس ميكرومتر.
وركز مجال المواد المهندَسة بشكل أساسي على البنى الدورية، حيث تحتوي مثل هذه البنى على خلية وحدة هندسية موحدة، مثل المجسم الثماني أو المكعب، ثم تتكرر خلايا الوحدة هذه لتشكيل بنية شبكية، ومع ذلك، فإن التركيز على الهياكل المنظمة قد حد من وظائف واستخدام المواد المهندَسة.
وتشرح دارايو: «البنى الدورية ملائمة لنا نحن المهندسين لأننا نستطيع وضع افتراضات في تحليل خصائصها، ومع ذلك، إذا فكرنا في التطبيقات، فهي ليست بالضرورة الخيار الأمثل للتصميم، فالهياكل المضطربة، مثل تلك الموجودة في عش النمل الأبيض، هي أكثر انتشاراً في الطبيعة من الهياكل الدورية، وغالباً ما تُظهر وظائف فائقة، ولكن حتى الآن، لم يكتشف المهندسون طريقة موثوقة لتصميمها».
وتقول: «كانت الطريقة الأولى التي تعاملنا بها مع المشكلة هي التفكير في العدد المحدود من موارد النمل الأبيض، فعندما يبني النمل الأبيض عشه، لا يمتلك مخططاً لتصميم العش، ويمكنه فقط اتخاذ قرارات تستند إلى المتاح».
على سبيل المثال، قد يستخدم النمل الأبيض حبيبات الرمل التي يجدها بالقرب من عشه ويلائم الحبيبات معاً باتباع الإجراءات التي تعلمها من النمل الأبيض الآخر، وقد تتناسب حبة الرمل المستديرة مع شكل نصف القمر لزيادة الثبات، ويمكن استخدام هذه القواعد الأساسية للتجاور لوصف كيفية بناء عش النمل الأبيض.
وتوضح: «لقد أنشأنا برنامجاً رقمياً لتصميم المواد بقواعد مماثلة تحدد كيف يمكن أن تلتصق كتلتان مختلفتان من المواد ببعضهما بعضاً».
وهذه الخوارزمية، التي أطلقت عليها دارايو وفريقها البحثي اسم «برنامج النمو الافتراضي»، تحاكي النمو الطبيعي للهياكل البيولوجية، أو تصنيع أعشاش النمل الأبيض.
وبدلاً من حبة رمل أو ذرة من الغبار، يستخدم برنامج النمو الافتراضي مواد هندسية فريدة من نوعها، أو لبنات بناء، بالإضافة إلى إرشادات مجاورة لكيفية ارتباط هذه الكتل الأساسية ببعضها بعضاً.
وتتضمن الكتل الافتراضية المستخدمة في هذا العمل الأولي شكل L، وشكل I، وشكل T، وشكل + a، ويقوم البرنامج ببناء بنية على شبكة، ومن ثم يمكن ترجمة تلك البنى إلى نماذج فيزيائية ثنائية أو ثلاثية الأبعاد.


مقالات ذات صلة

بعد 18 عام زواج... زوجة كيفين كوستنر تتقدم بطلب للطلاق

يوميات الشرق بعد 18 عام زواج... زوجة كيفين كوستنر تتقدم بطلب للطلاق

بعد 18 عام زواج... زوجة كيفين كوستنر تتقدم بطلب للطلاق

تقدمت كريستين باومغارتنر، الزوجة الثانية للممثل الأميركي كيفين كوستنر، بطلب للطلاق، بعد زواجٍ دامَ 18 عاماً وأثمر عن ثلاثة أطفال. وذكرت صحيفة «ديلي ميل» البريطانية أن الانفصال جاء بسبب «خلافات لا يمكن حلُّها»، حيث تسعى باومغارتنر للحضانة المشتركة على أطفالهما كايدين (15 عاماً)، وهايس (14 عاماً)، وغريس (12 عاماً). وكانت العلاقة بين كوستنر (68 عاماً)، وباومغارتنر (49 عاماً)، قد بدأت عام 2000، وتزوجا عام 2004.

«الشرق الأوسط» (لوس أنجليس)
يوميات الشرق متحف «المركبات» بمصر يحيي ذكرى الملك فؤاد الأول

متحف «المركبات» بمصر يحيي ذكرى الملك فؤاد الأول

افتتح متحف المركبات الملكية بمصر معرضاً أثرياً مؤقتاً، اليوم (الأحد)، بعنوان «صاحب اللقبين فؤاد الأول»، وذلك لإحياء الذكرى 87 لوفاة الملك فؤاد الأول التي توافق 28 أبريل (نيسان). يضم المعرض نحو 30 قطعة أثرية، منها 3 وثائق أرشيفية، ونحو 20 صورة فوتوغرافية للملك، فضلاً عن فيلم وثائقي يتضمن لقطات «مهمة» من حياته. ويشير عنوان المعرض إلى حمل فؤاد الأول للقبين، هما «سلطان» و«ملك»؛ ففي عهده تحولت مصر من سلطنة إلى مملكة. ويقول أمين الكحكي، مدير عام متحف المركبات الملكية، لـ«الشرق الأوسط»، إن المعرض «يسلط الضوء على صفحات مهمة من التاريخ المصري، من خلال تناول مراحل مختلفة من حياة الملك فؤاد».

نادية عبد الحليم (القاهرة)
يوميات الشرق وضع تسلسل كامل لجينوم «اللبلاب» المقاوم لتغير المناخ

وضع تسلسل كامل لجينوم «اللبلاب» المقاوم لتغير المناخ

قام فريق بحثي، بقيادة باحثين من المعهد الدولي لبحوث الثروة الحيوانية بكينيا، بوضع تسلسل كامل لجينوم حبة «فول اللبلاب» أو ما يعرف بـ«الفول المصري» أو «الفول الحيراتي»، المقاوم لتغيرات المناخ، بما يمكن أن يعزز الأمن الغذائي في المناطق المعرضة للجفاف، حسب العدد الأخير من دورية «نيتشر كومينيكيشن». ويمهد تسلسل «حبوب اللبلاب»، الطريق لزراعة المحاصيل على نطاق أوسع، ما «يجلب فوائد غذائية واقتصادية، فضلاً على التنوع الذي تشتد الحاجة إليه في نظام الغذاء العالمي».

حازم بدر (القاهرة)
يوميات الشرق «الوثائقية» المصرية تستعد لإنتاج فيلم عن «كليوباترا»

«الوثائقية» المصرية تستعد لإنتاج فيلم عن «كليوباترا»

في رد فعل على فيلم «الملكة كليوباترا»، الذي أنتجته منصة «نتفليكس» وأثار جدلاً كبيراً في مصر، أعلنت القناة «الوثائقية»، التابعة لـ«الشركة المتحدة للخدمات الإعلامية بمصر»، اليوم (الأحد)، «بدء التحضير لإنتاج فيلم وثائقي عن كليوباترا السابعة، آخر ملوك الأسرة البطلمية التي حكمت مصر في أعقاب وفاة الإسكندر الأكبر». وأفاد بيان صادر عن القناة بوجود «جلسات عمل منعقدة حالياً مع عدد من المتخصصين في التاريخ والآثار والأنثروبولوجيا، من أجل إخضاع البحوث المتعلقة بموضوع الفيلم وصورته، لأقصى درجات البحث والتدقيق». واعتبر متابعون عبر مواقع التواصل الاجتماعي هذه الخطوة بمثابة «الرد الصحيح على محاولات تزييف التار

انتصار دردير (القاهرة)
يوميات الشرق مؤلفا «تحت الوصاية» لـ«الشرق الأوسط»: الواقع أصعب مما طرحناه في المسلسل

مؤلفا «تحت الوصاية» لـ«الشرق الأوسط»: الواقع أصعب مما طرحناه في المسلسل

أكد خالد وشيرين دياب مؤلفا مسلسل «تحت الوصاية»، أن واقع معاناة الأرامل مع «المجلس الحسبي» في مصر: «أصعب» مما جاء بالمسلسل، وأن بطلة العمل الفنانة منى زكي كانت معهما منذ بداية الفكرة، و«قدمت أداء عبقرياً زاد من تأثير العمل». وأثار المسلسل الذي تعرض لأزمة «قانون الوصاية» في مصر، جدلاً واسعاً وصل إلى ساحة البرلمان، وسط مطالبات بتغيير بعض مواد القانون. وأعلنت شركة «ميديا هب» المنتجة للعمل، عبر حسابها على «إنستغرام»، أن «العمل تخطى 61.6 مليون مشاهدة عبر قناة (DMC) خلال شهر رمضان، كما حاز إشادات عديدة عبر مواقع التواصل الاجتماعي». وكانت شيرين دياب صاحبة الفكرة، وتحمس لها شقيقها الكاتب والمخرج خالد د

انتصار دردير (القاهرة)

روبوتات ذكية تتفوق على البشر في مختبرات الدواء

تستخدم الروبوتات المتنقلة منطق الذكاء الاصطناعي لأداء مهام البحث الاستكشافي في مجال الكيمياء (جامعة ليفربول)
تستخدم الروبوتات المتنقلة منطق الذكاء الاصطناعي لأداء مهام البحث الاستكشافي في مجال الكيمياء (جامعة ليفربول)
TT

روبوتات ذكية تتفوق على البشر في مختبرات الدواء

تستخدم الروبوتات المتنقلة منطق الذكاء الاصطناعي لأداء مهام البحث الاستكشافي في مجال الكيمياء (جامعة ليفربول)
تستخدم الروبوتات المتنقلة منطق الذكاء الاصطناعي لأداء مهام البحث الاستكشافي في مجال الكيمياء (جامعة ليفربول)

طوّر باحثون من جامعة ليفربول الإنجليزية روبوتات متنقلة قادرة على الحركة تعمل بالذكاء الاصطناعي، ويمكنها إجراء أبحاث التركيب الكيميائي، وصناعة الدواء بكفاءة غير عادية.

وفي الدراسة المنُشورة في دورية «نيتشر»، الأربعاء، أظهر الباحثون كيف تمكنت تلك الروبوتات التي تستخدم الذكاء الاصطناعي في اتخاذ القرارات، من أداء مهام البحث الاستكشافي في الكيمياء بمستوى أداء البشر، ولكن في وقت أسرع بكثير.

وتم تصميم الروبوتات المتنقلة التي يبلغ ارتفاعها 1.75 متر بواسطة فريق ليفربول لمعالجة 3 مشاكل أساسية هي: إجراء التفاعلات، وتحليل المنتجات، وتحديد ما يجب القيام به بعد ذلك بناءً على البيانات الناتجة. وقامت الروبوتات بأداء هذه المهام بطريقة تعاونية، حيث تناولت تلك المشكلات في 3 مجالات مختلفة تتعلق بالتركيب الكيميائي ذي الصلة باكتشاف الأدوية الصيدلانية.

وأظهرت النتائج أنه باستخدام الذكاء الاصطناعي، اتخذت الروبوتات القرارات الجديدة أو قرارات مماثلة للباحث البشري، ولكن في إطار زمني أسرع بكثير من الإنسان، الذي قد يستغرق ساعات كثيرة لاتخاذ القرارات نفسها. وأوضح البروفسور أندرو كوبر من قسم الكيمياء ومصنع ابتكار المواد بجامعة ليفربول، الذي قاد المشروع البحثي أن «البحث في التركيب الكيميائي مكلف ويستغرق وقتاً طويلاً، سواء في أثناء التجارب أو عند الحاجة إلى اتخاذ القرارات حول التجارب التي يجب القيام بها بعد ذلك، لذا فإن استخدام الروبوتات الذكية يوفر طريقة لتسريع هذه العملية».

وقال في بيان صادر الأربعاء: «عندما يفكر الناس في الروبوتات وأتمتة الكيمياء، فإنهم يميلون إلى التفكير في إجراء التفاعلات وما إلى ذلك، وهذا جزء منها، ولكن اتخاذ القرار يمكن أن يستغرق وقتاً طويلاً». وتابع: «هذه العملية تنطوي على قرارات دقيقة بناءً على مجموعات من البيانات الغزيرة. إنها مهمة تستغرق وقتاً طويلاً من الباحثين، ولكنها كانت مشكلة صعبة للذكاء الاصطناعي كذلك».

ووفق الدراسة، فإن اتخاذ القرار هو مشكلة رئيسية في الكيمياء الاستكشافية. فعلى سبيل المثال، قد يقوم الباحث بإجراء عدة تفاعلات تجريبية، ثم يقرر توسيع نطاق بعض من تلك التجارب التي تعطي نتائج تفاعل جيدة أو منتجات مثيرة للاهتمام فقط.

من جهته، قال سريرام فيجاياكريشنان، طالب الدكتوراه السابق في جامعة ليفربول، وباحث ما بعد الدكتوراه في قسم الكيمياء الذي قاد هذه التجارب: «عندما حصلت على الدكتوراه، أجريت كثيراً من التفاعلات الكيميائية يدوياً. غالباً ما يستغرق جمع البيانات التحليلية وفهمها الوقت نفسه الذي يستغرقه إعداد التجارب. وتصبح مشكلة تحليل البيانات هذه أكثر حدة. فقد ينتهي بك الأمر إلى الغرق في البيانات».

وأضاف: «لقد عالجنا هذا هنا من خلال بناء منطق الذكاء الاصطناعي للروبوتات. ويعالج ذلك مجموعات البيانات التحليلية لاتخاذ قرار مستقل، على سبيل المثال، ما إذا كان يجب المضي قدماً إلى الخطوة التالية في التفاعل أم لا». وأكد قائلاً: «إذا أجرى الروبوت التحليل في الساعة 3:00 صباحاً، فسوف يكون قد قرر بحلول الساعة 3:01 أي التفاعلات يجب أن تستمر. وعلى النقيض من ذلك، قد يستغرق الأمر ساعات من الكيميائي لتصفح وتحليل مجموعات البيانات نفسها».

وفي الختام، شدّد البروفسور كوبر على أنه «بالنسبة للمهام التي أعطيناها للروبوتات هنا، فقد اتخذ منطق الذكاء الاصطناعي القرارات نفسها تقريباً مثل الكيميائي خلال تعاطيه مع هذه المشاكل الكيميائية الثلاث في غمضة عين»، مضيفاً أن هناك أيضاً مجالاً كبيراً لزيادة قدرات الذكاء الاصطناعي في فهم هذه الظواهر الكيميائية.