مطالعه رفتار آب با کمک هوش مصنوعی

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما؛ 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 نمی‌شوند و مطالعه ان ممکن است به توضیح برخی از رفتار‌های عجیب دیگر آب مانند اینکه چگونه با سرد شدن چگالی کمتری پیدا می‌کند، 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 می‌شود. اکنون، تحقیقات جدید موسسه فناوری جورجیا از مدل‌های یادگیری ماشینی برای درک بهتر تغییرات فاز آب استفاده کرده و راه‌های بیشتری را برای درک نظری بهتر از مواد مختلف باز می‌کند. 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 می‌کنند، اعمال شود.
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 می‌کنیم 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 رایانه‌ها انجام دادند که آن‌ها را با یک میکروسکوپ مجازی مقایسه کردند.
استادیار دانشکده مهندسی شیمی در این رابطه گفت:‌ اگر یک میکروسکوپ بی نهایت قدرتمند داشتید، می‌توانید تا سطح مولکول‌ها را بزرگ‌نمایی کنید و حرکت و تعامل آن‌ها را در زمان واقعی تماشا کنید. این کاری است که ما با ساختن تقریباً یک فیلم محاسباتی انجام می‌دهیم.
طی این مطالعه، محققان نحوه حرکت مولکول‌ها 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 سازی‌های طولانی و دقیقی امکان پذیر نبود، اما امروزه یادگیری ماشینی یک میانبر عالی برای انجام چنین تحقیقاتی ارائه می‌کند.
بنا بر اعلام وبگاه ساینس دیلی (sciencedaily)، 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 می‌توانند در محیط‌های آبی مختلف منظومه شمسی، از اقیانوس‌های اروپا (قمر مشتری) تا آب در مرکز ستاره‌های دنباله دار، وجود داشته باشند.
شرح کامل این تحقیق در آخرین شماره مجله تخصصی Physical Review Letters منتشر شده است.