فیزیکدانان دانشگاه «MIT»، موفق به توسعه تکنیک جدیدی شده‌اند که می‌تواند راهی نوین برای طراحی نانوذرات چندلایه با خواص و ویژگی‌های دلخواه فراهم نماید. این تکنیک، به‌طور بالقوه می‌تواند در تولید صفحات نمایش و دستگاه‌های بیومدیکال مورد استفاده قرار گیرد. روش یادشده، همچنین به فیزیکدانان کمک می‌نماید تا با رفع برخی چالش‌های موجود در تحقیقات پژوهشی، آن‌ها را سریع‌تر از روش‌های موجود پیش ببرند.

بنا بر گزارش «MIT News»، این نوآوری با استفاده از شبکه‌های عصبی محاسباتی به‌عنوان فرمی از فناوری هوش مصنوعی و مبتنی بر یادگیری این‌که چگونه ساختار نانو ذرات می‌تواند بر رفتار آن‌ها تأثیر بگذارد، توسعه یافته است. برای این کار، در ابتدا رنگ‌های مختلف نور را بر مبنای هزاران نمونه آموزشی تابانده و سپس برنامه می‌تواند به عقب بازگشته تا ذرات بر مبنای یک مجموعه دلخواه از ویژگی‌ها در یک فرآیند طراحی معکوس، ساختار یابند.

در حالی‌که فناوری مذکور می‌تواند در نهایت به کاربردهای عملی فراوانی منتهی گردد، «مارین سلیجاسیس» از اعضای ارشد تیم تحقیق، معتقد است که مهم‌ترین کاربرد این تکنیک، این است که راهی برای پیش‌بینی خواص فیزیکی انواع نانو مواد مهندسی‌شده را فراهم نموده، بدون این‌که نیاز به فرآیندهای شبیه‌سازی محاسباتی وجود داشته باشد.

برای آزمایش ایده اولیه، از یک سیستم فیزیکی نسبتاً ساده استفاده شده است. «ایچن شن» از اعضای تیم تحقیق، در این خصوص می‌گوید: «به منظور این‌که بفهمیم کدام روش مناسب بوده و نیز محدودیت‌های آن چیست و چگونه از آن‌ها استفاده نماییم، ما از شبکه عصبی بر روی یک سیستم خاص نانوفتونیک استفاده نمودیم که متمرکز بر نوعی نانوذرات کروی است.» نانوذرات، شبیه به یک پیاز با لایه‌هایی بوده که هر یک از آن‌ها از مواد مختلف و با ضخامت‌های متفاوت ساخته شده است. نانوذرات دارای اندازه‌هایی قابل مقایسه با طول موج نور مرئی و حتی کوچک‌تر از آن هستند و نوع بازتاب نور رنگ‌های مختلف از این ذرات، متفاوت بوده و وابسته به جزئیات لایه‌ها و طول موج پرتو ورودی است. محاسبات این اثرات بر روی نانوذرات با لایه‌های بسیار زیاد، می‌تواند نیازمند محاسبات بسیار پیچیده بوده و پیچیدگی با افزایش تعداد این لایه ها افزایش نیز می یابد.

محققین در صدد این بودند که آیا شبکه عصبی می‌تواند این قابلیت را داشته باشد که در ذرات جدید میزان بازتاب رنگ‌های مختلف را پیش‌بینی نماید. اطلاعات حاصل از شبیه‌سازی‌ها نشان داد که فرایند بسیار دقیق بوده و در زمان مقایسه با نمونه‌های آزمایشگاهی انطباق کامل وجود دارد. مرحله بعدی تحقیقات متکی بر این بود که حال با توجه به مشخصات مورد نیاز آیا قابلیت معکوس نمودن فرایند و ترکیب لایه‌های خاصی از نانوذرات برای دسترسی به خواص مورد نظر وجود دارد یا خیر؟ سلیجاسیس در این خصوص اظهار داشت که روش‌های بسیار زیادی برای معکوس نمودن فرایندها و دسترسی به مواد مورد نیاز وجود دارد اما همه این روش‌ها نیازمند متخصصان مربوطه است. این در حالی است که به کمک شبکه عصبی ما نیاز به هیچ آماده‌سازی خاصی نداشتیم و به‌خوبی نیز از آن جواب گرفتیم.

شایان ذکر است که تحقیق مذکور توسط انجمن ملی علوم، گروه تحقیقاتی Semiconductor و دفتر تحقیقات ارتش آمریکا مورد حمایت قرار گرفته است.

مرجع: «MIT News»

http://nanomatch.ir/