پیش بینی رفتار آب به کمک هوش مصنوعی

مجموعه: نوآوری و کشفیات علمی

به گزارش سیناپرس، در حدود ۳۰ سال گذشته، این نظریه مطرح شده است که اگر آب به دمای منفی ۱۰۰ درجه برسد ممکن است بتواند در دو فاز مایع با چگالی متفاوت مانند روغن و آب جدا شود.  این فازها با هم مخلوط نمی شوند و مطالعه ان ممکن است به توضیح برخی از رفتارهای عجیب دیگر آب مانند اینکه چگونه با سرد شدن چگالی کمتری پیدا می کند،کمک کنند.

باید در نظر داشت مطالعه این پدیده در آزمایشگاه تقریبا غیرممکن است، زیرا آب در چنین دماهای پایین بسیار سریع به یخ متبلور تبدیل می شود. اکنون، تحقیقات جدید موسسه فناوری جورجیا از مدل‌ های یادگیری ماشینی برای درک بهتر تغییرات فاز آب استفاده کرده و راه‌ های بیشتری را برای درک نظری بهتر از مواد مختلف باز می‌ کند. با استفاده از این روش، محققان شواهد محاسباتی قوی در حمایت از انتقال مایع به مایع آب یافتند که می‌تواند برای سیستم‌های دنیای واقعی که از آب برای عملکرد خود استفاده می ‌کنند، اعمال شود.

توماس گارتنر، استادیار دانشکده مهندسی شیمی و بیومولکولی در جورجیا تک، در رابطه با موضوع فوق گفت: ما این کار را با محاسبات شیمی کوانتومی بسیار دقیق انجام داده و سعی می کنیم تا حد امکان به فیزیک واقعی و شیمی فیزیک آب نزدیک شویم. این اولین بار است که کسی توانسته است این انتقال را با این سطح از دقت مطالعه کند.

برای درک بهتر نحوه تعامل آب، محققان شبیه ‌سازی‌های مولکولی را روی ابر رایانه ‌ها انجام دادند که گارتنر آن ‌ها را با یک میکروسکوپ مجازی مقایسه کرد.

وی در این رابطه گفت:‌اگر یک میکروسکوپ بی ‌نهایت قدرتمند داشتید، می ‌توانید تا سطح مولکول‌ ها بزرگ‌ن مایی کنید و حرکت و تعامل آن ها را در زمان واقعی تماشا کنید. این کاری است که ما با ساختن تقریباً یک فیلم محاسباتی انجام می دهیم.

طی این مطالعه، محققان نحوه حرکت مولکول ها را تجزیه و تحلیل و ساختار مایع را در دماها و فشارهای مختلف آب مشخص کرده و در نهایت جداسازی فاز بین مایعات با چگالی بالا و کم را تقلید کردند.

باید توجه داشت که حتی تا یک دهه پیش، اجرای چنین شبیه ‌سازی‌ های طولانی و دقیقی امکان ‌پذیر نبود، اما امروزه یادگیری ماشینی یک میانبر عالی برای انجام چنین تحقیقاتی ارائه می‌ کند.

برخی از شرایطی که محققان در مطالعات جدید خود آن را آزمایش کردند، شرایطی بود که مستقیماً روی زمین وجود ندارند، اما به طور بالقوه می‌ توانند در محیط‌های آبی مختلف منظومه شمسی، از اقیانوس ‌های اروپا (قمر مشتری) تا آب در مرکز ستاره‌ های دنباله‌ دار، وجود داشته باشند.

شرح کامل این تحقیق در آخرین شماره مجله تخصصی Physical Review Letters منتشر شده است.