طرحی از دانشمندان آلمانی؛

روبات خودمختار با قابلیت تغییر آرایش مولکول‌ها ساخته شد + فیلم

دانشمندان آلمانی با روش جدیدی توانستند برای نخستین بار در دنیای نانو، آرایش مولکول‌ها را آن هم به صورت مولکول‌های مجزا و به کمک هوش مصنوعی و خودمختار تغییر دهند.

کد خبر: ۸۷۴۳۶۰

پنجشنبه - ۲۰ شهريور ۱۳۹۹ / September 10, 2020

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، مولکول‌ها عناصر سازنده زندگی روزمره ما هستند. بسیاری از مواد پیرامون از مولکول‌ها تشکیل شده‌اند و شبیه به قطعات لگو به هم چسبیده‌اند تا ساختار آن را درست کنند. اما نکته اینجاست که در دنیای نانو، حرکت دادن یا جدا کردن این قطعات از هم کار بسیار دشواری است. زیرا اتم‌ها و مولکول‌ها کاملا متفاوت از اشیای میکروسکوپیک عمل می‌کنند و هر کدام از آن‌ها کتابچه راهنما و دستورالعمل خود را دارند.

با این حال، دانشمندان مرکز پژوهش یولیش و برلین در آلمان یک سیستم هوش مصنوعی جدیدی طراحی کرده‌اند که به طور خودمختار یاد می‌گیرد چگونه با استفاده از میکروسکوپ تونلی روبشی، تک تک مولکول‌ها را بگیرد و حرکت بدهد. این تحقیق که در نشریه ساینس ادونسز منتشر شده، نه تنها از حیث موضوع جدید پژوهشی، بلکه از نظر فناوری جدید تولید و چاپ سه‌بعدی مولکولی حائز اهمیت است.

نمونه‌سازی سریع، تولید سریع و مقرون به‌صرفه مدل‌های اولیه که همه آن را به چاپ سه‌بعدی می‌شناسیم، مدت‌هاست که خود را به عنوان ابزاری مهم در این صنعت معرفی کرده است. حال دانشمندان رشته دستکاری مولکولی، این مفهوم را به مقیاس نانو وارد کرده‌اند تا بتوانند مولکول‌ها را به صورت جداگانه و به طور خاص کنار هم قرار دهند و یا همانند قطعات لگو آن‌ها را از هم جدا کنند. این دانشمندان معتقدند که با وجود حدود هزار و ۶۰ نوع مولکول ممکن، با کمک این روش جدید بی‌نهایت می‌توان ماده جدید ساخت.

دانشمندان می‌گویند: با این وجود یک مشکل وجود دارد و آن این است که اگرچه میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی ابزار مفیدی برای انتقال تک تک مولکول‌ها و تغییر آرایش آن‌هاست، برای هدایت نوک میکروسکوپ برای آرایش مولکول‌ها همیشه یک «دستورالعمل» ویژه مورد نیاز است.

این دستورالعمل را نه می‌توان با شهود و درک مستقیم محاسبه کرد و نه قابل استنباط است و درواقع مکانیک موجود در مقیاس نانو بسیار بی‌ثبات و پیچیده است. جز این، نوک میکروسکوپ اصلا انعطاف‌پذیر نیست و از یک مخروط بسیار سخت درست شده است. درنتیجه مولکول‌ها فقط به آرامی به نوک آن می‌چسبند و فقط می‌توانند براساس الگو‌های حرکتی پیچیده در جای مناسب قرار بگیرند.

تا به امروز، چنین حرکت هدفمندی از مولکول‌ها فقط با دست و از طریق آزمون و خطا امکان‌پذیر بوده، اما دانشمندان آلمانی با کمک یک سیستم کنترل نرم‌افزاری خودمختار و خودآموز، برای نخستین بار موفق به یافتن راهی شده‌اند تا بتوانند تنوع نحوه آرایش مولکول‌ها را در مقیاس نانو و در فرآیندی کاملا خودکار تغییر دهند.

فیلم این پدیده را می‌توانید در زیر مشاهده و دانلود کنید:

{$sepehr_media_1141113_400_300}

این نرم‌افزار که درواقع یک هوش مصنوعی است وظیفه حذف مولکول‌های تکی را از یک لایه مولکولی بسته دارد. ابتدا ارتباطی میان نوک میکروسکوپ و مولکول برقرار می‌شود و سپس هوش مصنوعی با حرکت دادن نوک میکروسکوپ بدون قطع تماس، آن مولکول را از ساختار ماده حذف می‌کند. در ابتدا این حرکات تصادفی انجام شد، ولی بعد از هر بار انجام هوش مصنوعی از تجربیات جمع‌آوری شده یاد گرفت و این کار را بهتر از قبل انجام داد.

چالشی که دانشمندان برای این کار پیش رو داشتند این بود که نیروی مورد نیاز برای حرکت دادن مولکول‌ها هرگز نباید از قدرت پیوندی که نوک میکروسکوپ تونلی روبشی مولکول را جذب می‌کند، بیشتر شود. زیرا در غیر این صورت پیوند مولکولی شکسته می‌شود. بنابراین، نوک میکروسکوپ باید الگوی حرکتی خاصی را اجرا کند که قبلا آن را با دانشمندان با دست کشف می‌کردند.

علاوه براین، اتم‌های فلزی که نوک میکروسکوپ تونلی روبشی را تشکیل می‌دهند، ممکن است در نهایت کمی جابه‌جا شوند و به همین دلیل هر بار مقاومت پیوند مولکولی را تغییر می‌دهند. اما با این حال، محققان با کمک هوش مصنوعی که هر بار الگوی خاصی را یاد می‌گرفت، این چالش را پشت سر گذاشتند.

دانشمندان می‌گویند: این اولین بار است که موفق به ترکیب هوش مصنوعی و فناوری نانو شده‌ایم. با این حال اطمینان داریم که کار ما زمینه را برای ساخت روبات‌های سازنده فوق مولکولی، مانند ترانزیستور‌های مولکولی، سلول‌های حافظه یا کیوبیت در رایانش کوانتومی آن هم با سرعت، دقت و اطمینان بیشتری فراهم خواهد آورد.