أحدث الأخبار مع #NatureMaterials
بوابة الأهرام
٠٧-٠٥-٢٠٢٥
- علوم
- بوابة الأهرام
وداعاً للسيليكون؟ الصين تكشف عن معالج خارق يهدد عرش عمالقة التكنولوجيا
عمرو النادي في إنجاز علمي قد يُحدث تحولاً جذرياً في مستقبل المعالجات الإلكترونية، أعلن فريق بحثي من جامعة بكين عن تطوير ترانزستور خالٍ من السيليكون، باستخدام مادة ثنائية الأبعاد تُعرف باسم "أوكسيسيلينيد البزموث"، وهو ما وصفه الخبراء بأنه قد يعيد رسم معالم تصميم الرقائق الإلكترونية لعقود قادمة، وفقا لـbgr. موضوعات مقترحة وبحسب الدراسة التي نُشرت في دورية Nature Materials العلمية، فإن المادة الجديدة ليست فقط أكثر نحافة ومرونة من السيليكون التقليدي، بل تتيح أيضاً حركة أسرع للإلكترونات وتحكماً أدق في تدفق التيار الكهربائي — وهما عنصران حاسمان في تعزيز سرعة المعالجات وكفاءتها. ويكمن أحد أهم الابتكارات في التصميم الجديد للترانزستور، حيث يلتف "البوابة" Gate حول المصدر من جميع الاتجاهات، خلافاً للتصميم التقليدي الذي يغطي ثلاث جهات فقط. هذا الالتفاف الكامل يعزز السيطرة على التيار ويقلل من الفاقد في الطاقة، مما يؤدي إلى أداء أسرع واستهلاك طاقة أقل. ووفقاً لما أكده الباحثون، فإن الرقائق المعتمدة على هذا الترانزستور قد تعمل بسرعة تزيد بنسبة تصل إلى 40% مقارنة بأفضل شرائح السيليكون الموجودة حالياً، مثل تلك التي تنتجها شركات كبرى مثل "إنتل"، مع استهلاك طاقة أقل بنسبة تقارب 10%. وتُعزى هذه القفزة في الأداء إلى الخصائص الفريدة لمادة أوكسيسيلينيد البزموث، التي تتميز بقدرة عالية على نقل الإلكترونات (ما يُعرف بـ "الحركية") وثابت عازل مرتفع، وهو ما يعزز قدرتها على تخزين الطاقة الكهربائية بكفاءة أكبر. البروفيسور "هايلين بينغ"، الباحث الرئيسي في المشروع، وصف الابتكار بأنه لا يندرج ضمن "تحديث" لتقنيات السيليكون القائمة، بل هو بمثابة "تغيير كامل في المسار". وقال في تصريحات لصحيفة South China Morning Post: "إذا كانت الابتكارات المعتمدة على السيليكون تُعتبر اختصاراً، فإن تطوير ترانزستورات تعتمد على مواد ثنائية الأبعاد يُعد بمثابة تغيير حارة السير بالكامل". ولا يقتصر الأثر المحتمل لهذا الابتكار على الجانب التقني فحسب، بل قد يحمل أيضاً أبعاداً استراتيجية، خاصة في ظل استمرار القيود الأمريكية على حصول الصين على الرقائق المتقدمة. ففي حال نجاح هذا التوجه، قد تمتلك بكين ورقة جديدة لتعزيز استقلالها في صناعة أشباه الموصلات، والتقدم بخطى واثقة نحو قيادة موجة الابتكار القادمة في هذا القطاع الحيوي. ومع أن هذا الترانزستور لا يزال في مرحلة البحث والتطوير، إلا أن إمكانية توسيع نطاق تصنيعه بنجاح قد تؤدي إلى تحدٍ مباشر لهيمنة السيليكون، وإعادة رسم خارطة الطريق لصناعة المعالجات في المستقبل القريب.
الرأي
٢٩-٠٤-٢٠٢٥
- علوم
- الرأي
"بعد قرن من الحيرة".. الذكاء الاصطناعي يفك شيفرة لغز حير العلماء
نجح فريق من علماء جامعة كولومبيا في حل لغز بنية البلورات النانوية، الذي حيّر الباحثين لأكثر من مائة عام، باستخدام خوارزمية ذكاء اصطناعي متطورة تُدعى PXRDnet. البلورات النانوية، لصغرها وعدم انتظامها، استعصت على التحليل عبر التقنيات التقليدية مثل حيود الأشعة السينية. لكن الخوارزمية الجديدة تمكنت من تحليل أنماط الحيود المعقدة والتعرف على الترتيب الذري بدقة غير مسبوقة، ما يفتح المجال لتطوير مواد جديدة وتحقيق إنجازات في مجالات متنوعة من الإلكترونيات إلى علم الآثار. ووفق "إندبندنت" فقد نُشرت الدراسة في مجلة Nature Materials، ووصف العلماء هذا الاكتشاف بأنه نقلة نوعية، تظهر قوة الذكاء الاصطناعي في مواجهة التحديات العلمية المستعصية. وقال البروفيسور سيمون بيلينغ، أستاذ علوم المواد والفيزياء والرياضيات التطبيقية في جامعة كولومبيا: "استطاع الذكاء الاصطناعي حل هذه المشكلة المعقدة من خلال تعلم أنماط الترتيب الذري التي تسمح بها الطبيعة، حتى دون توفر معرفة فيزيائية مباشرة بالمواد المدروسة". وتعمل خوارزمية PXRDnet على تحليل أنماط الحيود الناتجة عن بلورات نانوية يصل حجمها إلى 10 أنغستروم فقط، أي أرقّ بنحو عشرة آلاف مرة من شعرة الإنسان، ما يفتح آفاقًا لفهم المواد على مستوى بالغ الدقة. واعتبر العلماء هذا التطور نقلة نوعية في علم المواد، لأنه يتيح تحديد بنية المواد النانوية بدقة عالية دون الحاجة إلى بلورات كبيرة أو أدوات باهظة الثمن. وقال غابي غو، قائد الفريق البحثي: "حين كنت في المدرسة الإعدادية، كانت أنظمة الذكاء الاصطناعي لا تزال تكافح لتمييز القطط من الكلاب. أما اليوم، فها نحن نستخدمها لحل مشكلات علمية معقدة كانت مستعصية على البشر لعقود". وأضاف البروفيسور هود ليبسون، رئيس قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة كولومبيا: "المثير للدهشة هو أن الذكاء الاصطناعي، على الرغم من افتقاره إلى فهم مباشر للفيزياء أو الهندسة، تمكّن من التوصل إلى حل لمعضلة حيّرت العلماء لأكثر من مائة عام. وهذا يعطي لمحة عمّا يمكن أن يقدمه الذكاء الاصطناعي في مجالات علمية أخرى تواجه تحديات مماثلة".
صحيفة سبق
٢٩-٠٤-٢٠٢٥
- علوم
- صحيفة سبق
ثورة علمية.. الذكاء الاصطناعي يحل لغزًا حيّر العلماء لأكثر من مائة عام
نجح فريق من علماء جامعة كولومبيا في حل لغز بنية البلورات النانوية، الذي حيّر الباحثين لأكثر من مائة عام، باستخدام خوارزمية ذكاء اصطناعي متطورة تُدعى PXRDnet. البلورات النانوية، لصغرها وعدم انتظامها، استعصت على التحليل عبر التقنيات التقليدية مثل حيود الأشعة السينية. لكن الخوارزمية الجديدة تمكنت من تحليل أنماط الحيود المعقدة والتعرف على الترتيب الذري بدقة غير مسبوقة، ما يفتح المجال لتطوير مواد جديدة وتحقيق إنجازات في مجالات متنوعة من الإلكترونيات إلى علم الآثار. ووفق "إندبندنت" فقد نُشرت الدراسة في مجلة Nature Materials، ووصف العلماء هذا الاكتشاف بأنه نقلة نوعية، تظهر قوة الذكاء الاصطناعي في مواجهة التحديات العلمية المستعصية. وقال البروفيسور سيمون بيلينغ، أستاذ علوم المواد والفيزياء والرياضيات التطبيقية في جامعة كولومبيا : "استطاع الذكاء الاصطناعي حل هذه المشكلة المعقدة من خلال تعلم أنماط الترتيب الذري التي تسمح بها الطبيعة، حتى دون توفر معرفة فيزيائية مباشرة بالمواد المدروسة". وتعمل خوارزمية PXRDnet على تحليل أنماط الحيود الناتجة عن بلورات نانوية يصل حجمها إلى 10 أنغستروم فقط، أي أرقّ بنحو عشرة آلاف مرة من شعرة الإنسان، ما يفتح آفاقًا لفهم المواد على مستوى بالغ الدقة. واعتبر العلماء هذا التطور نقلة نوعية في علم المواد، لأنه يتيح تحديد بنية المواد النانوية بدقة عالية دون الحاجة إلى بلورات كبيرة أو أدوات باهظة الثمن. وقال غابي غو، قائد الفريق البحثي : "حين كنت في المدرسة الإعدادية، كانت أنظمة الذكاء الاصطناعي لا تزال تكافح لتمييز القطط من الكلاب. أما اليوم، فها نحن نستخدمها لحل مشكلات علمية معقدة كانت مستعصية على البشر لعقود". وأضاف البروفيسور هود ليبسون، رئيس قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة كولومبيا : "المثير للدهشة هو أن الذكاء الاصطناعي، على الرغم من افتقاره إلى فهم مباشر للفيزياء أو الهندسة، تمكّن من التوصل إلى حل لمعضلة حيّرت العلماء لأكثر من مائة عام. وهذا يعطي لمحة عمّا يمكن أن يقدمه الذكاء الاصطناعي في مجالات علمية أخرى تواجه تحديات مماثلة".
الشرق السعودية
٠٩-٠٣-٢٠٢٥
- صحة
- الشرق السعودية
باحثون يطوّرون مادة ذاتية الالتئام تشبه جلد الإنسان
تمكَّن فريق من الباحثين من تطوير "هيدروجيل" فريد من نوعه، يجمع بين القوة والمرونة وقدرات الالتئام الذاتي، ما يفتح الباب أمام تطبيقات واعدة في مجالات مثل توصيل الأدوية، والتئام الجروح، وأجهزة الاستشعار في الروبوتات اللينة، والجلد الاصطناعي. وتُعد الدراسة المنشورة في دورية "نيتشر ماتريالز" Nature Materials خطوة كبيرة نحو محاكاة خصائص الجلد البشري في المواد الاصطناعية. ويُعتبر الهيدروجيل مواد هلامية ناعمة وقابلة للتمدد، تُستخدم بشكل شائع في الحياة اليومية، من مستحضرات التجميل إلى المكونات الغذائية. خصائص الجلد البشري فيما يتميز الجلد البشري بخصائص فريدة يصعب تكرارها، إذ يجمع بين الصلابة والمرونة، بالإضافة إلى قدرته المذهلة على الالتئام الذاتي، غالباً في غضون 24 ساعة بعد الإصابة. حتى الآن، لم تتمكن المواد الهلامية الاصطناعية من الجمع بين هذه الخصائص، لكن الباحثين نجحوا في تطوير هيدروجيل ذي بنية فريدة، تتغلب على هذه القيود، من خلال إضافة صفائح نانوية رقيقة جداً من الطين إلى الهيدروجيل، مما أدى إلى تكوين بنية عالية التنظيم مع بوليمرات متشابكة بكثافة بين الصفائح النانوية. ويكمن سر هذه المادة في الترتيب المنظم للصفائح النانوية، بالإضافة إلى التشابك الديناميكي للبوليمرات بينها. ووصف المؤلف الرئيسي للدراسة، تشين ليانج، العملية بأنها "بسيطة مثل الخبز". هيدروجيل ذاتي الالتئام ولصناعة الهيدروجيل ذاتي الالتئام، اتبع الفريق عملية دقيقة ومبتكرة تعتمد على دمج الصفائح النانوية الطينية مع البوليمرات، لإنشاء بنية فريدة تجمع بين القوة والمرونة وقدرات الالتئام الذاتي. وتبدأ العملية بتحضير خليط من مسحوق المونومرات -جزيئات صغيرة قادرة على الارتباط لتشكيل بوليمرات- مع الماء الذي يحتوي على صفائح نانوية طينية رقيقة بشكل استثنائي، والتي صممت خصيصاً لتعزيز الخصائص الميكانيكية للهيدروجيل. وبعد تحضير الخليط، يتم تعريضه للأشعة فوق البنفسجية باستخدام مصباح مخصص، وهي عملية مشابهة لتلك المستخدمة في تثبيت طلاء الأظافر الهلامي. وتؤدي الأشعة فوق البنفسجية إلى تفاعل كيميائي، يربط جزيئات المونومرات معاً، مما يحوّل الخليط السائل إلى مادة هلامية مرنة وصلبة، وخلال هذه العملية، تترتب الصفائح النانوية الطينية بشكل منتظم، مما يخلق بنية عالية التنظيم. وقال الباحثون إن أحد العناصر الرئيسية في هذه العملية هو التشابك الديناميكي للبوليمرات بين الصفائح النانوية، فعندما تتعرض البوليمرات للأشعة فوق البنفسجية، تبدأ في الالتفاف حول بعضها البعض بشكل عشوائي، مما يخلق شبكة كثيفة ومتشابكة تشبه خيوط الصوف الدقيقة. ويجعل هذا التشابك العشوائي البوليمرات ديناميكية للغاية على المستوى الجزيئي، مما يسمح لها بالتحرك، وإعادة التشابك عند قطع المادة أو إتلافها. وبعد الانتهاء من عملية التشابك، يصبح الهيدروجيل الناتج قوياً ومرناً، مع قدرة مذهلة على الالتئام الذاتي، وعند قطع المادة، تبدأ البوليمرات المتشابكة في إعادة الارتباط تلقائياً، مما يؤدي إلى التئام الجروح، أو الشقوق في المادة. وعلى سبيل المثال، بعد أربع ساعات من القطع، تلتئم المادة بنسبة 80 إلى 90%، وعادة ما تكون قد التحمت بالكامل بعد 24 ساعة. وتسمح هذه العملية البسيطة نسبياً، بإنشاء هيدروجيل بسُمْك مليمتر واحد يحتوي على ما يصل إلى 10 آلاف طبقة من الصفائح النانوية، مما يمنح المادة صلابة مماثلة لجلد الإنسان ودرجة عالية من المرونة. خطوة كبيرة ويُمثّل هذا التقدم خطوة كبيرة نحو تطوير مواد جديدة مستوحاة من الطبيعة، مع إمكانيات تطبيقية واسعة في مجالات مثل الطب والروبوتات والتكنولوجيا الحيوية. وأشار الباحثون إلى أن تلك الدراسة حلَّت معضلة كبيرة، إذ كان ابتكار الهلاميات المائية القوية والصلبة والقادرة على الالتئام الذاتي تحدياً كبيراً، لكن اكتشاف آلية تقوية الهلاميات اللينة تقليدياً، قد يُحدث ثورة في تطوير مواد جديدة مستوحاة من الطبيعة. كما يأمل الباحثون في استخدام الهيدروجيل الجديد في ابتكار روبوتات ذات جلود قوية، وذاتية الالتئام، أو أنسجة اصطناعية تصلح نفسها تلقائياً. ورغم أن التطبيقات العملية قد تستغرق بعض الوقت، إلا أن هذه النتائج تُعتبر قفزة نوعية في تصميم المواد، إذ قال الفريق البحثي إن هذا الاكتشاف الأساسي يمكن أن يعيد كتابة قواعد تصميم المواد.
المغرب اليوم
٠٨-٠٣-٢٠٢٥
- صحة
- المغرب اليوم
باحثون يطوّرون مادة ذاتية الالتئام تشبه جلد الإنسان تفتح آفاق جديدة في الطب والروبوتات
تمكَّن فريق من الباحثين من تطوير "هيدروجيل" فريد من نوعه، يجمع بين القوة والمرونة وقدرات الالتئام الذاتي، ما يفتح الباب أمام تطبيقات واعدة في مجالات مثل توصيل الأدوية، والتئام الجروح، وأجهزة الاستشعار في الروبوتات اللينة، والجلد الاصطناعي. وتُعد الدراسة المنشورة في دورية "نيتشر ماتريالز" Nature Materials خطوة كبيرة نحو محاكاة خصائص الجلد البشري في المواد الاصطناعية. ويُعتبر الهيدروجيل مواد هلامية ناعمة وقابلة للتمدد، تُستخدم بشكل شائع في الحياة اليومية، من مستحضرات التجميل إلى المكونات الغذائية. فيما يتميز الجلد البشري بخصائص فريدة يصعب تكرارها، إذ يجمع بين الصلابة والمرونة، بالإضافة إلى قدرته المذهلة على الالتئام الذاتي، غالباً في غضون 24 ساعة بعد الإصابة. حتى الآن، لم تتمكن المواد الهلامية الاصطناعية من الجمع بين هذه الخصائص، لكن الباحثين نجحوا في تطوير هيدروجيل ذي بنية فريدة، تتغلب على هذه القيود، من خلال إضافة صفائح نانوية رقيقة جداً من الطين إلى الهيدروجيل، مما أدى إلى تكوين بنية عالية التنظيم مع بوليمرات متشابكة بكثافة بين الصفائح النانوية. ويكمن سر هذه المادة في الترتيب المنظم للصفائح النانوية، بالإضافة إلى التشابك الديناميكي للبوليمرات بينها. ووصف المؤلف الرئيسي للدراسة، تشين ليانج، العملية بأنها "بسيطة مثل الخبز". واستوحى باحثون طريقة من الطبيعة لمنع التصاق البكتيريا على الأسطح المعدنية أثناء عمليات تصنيع اللحوم عبر محاكاة "جلود القروش" وأجنحة حشرة "السيكادا". ولصناعة الهيدروجيل ذاتي الالتئام، اتبع الفريق عملية دقيقة ومبتكرة تعتمد على دمج الصفائح النانوية الطينية مع البوليمرات، لإنشاء بنية فريدة تجمع بين القوة والمرونة وقدرات الالتئام الذاتي. وتبدأ العملية بتحضير خليط من مسحوق المونومرات -جزيئات صغيرة قادرة على الارتباط لتشكيل بوليمرات- مع الماء الذي يحتوي على صفائح نانوية طينية رقيقة بشكل استثنائي، والتي صممت خصيصاً لتعزيز الخصائص الميكانيكية للهيدروجيل. وبعد تحضير الخليط، يتم تعريضه للأشعة فوق البنفسجية باستخدام مصباح مخصص، وهي عملية مشابهة لتلك المستخدمة في تثبيت طلاء الأظافر الهلامي. وتؤدي الأشعة فوق البنفسجية إلى تفاعل كيميائي، يربط جزيئات المونومرات معاً، مما يحوّل الخليط السائل إلى مادة هلامية مرنة وصلبة، وخلال هذه العملية، تترتب الصفائح النانوية الطينية بشكل منتظم، مما يخلق بنية عالية التنظيم. وقال الباحثون إن أحد العناصر الرئيسية في هذه العملية هو التشابك الديناميكي للبوليمرات بين الصفائح النانوية، فعندما تتعرض البوليمرات للأشعة فوق البنفسجية، تبدأ في الالتفاف حول بعضها البعض بشكل عشوائي، مما يخلق شبكة كثيفة ومتشابكة تشبه خيوط الصوف الدقيقة. ويجعل هذا التشابك العشوائي البوليمرات ديناميكية للغاية على المستوى الجزيئي، مما يسمح لها بالتحرك، وإعادة التشابك عند قطع المادة أو إتلافها. وبعد الانتهاء من عملية التشابك، يصبح الهيدروجيل الناتج قوياً ومرناً، مع قدرة مذهلة على الالتئام الذاتي، وعند قطع المادة، تبدأ البوليمرات المتشابكة في إعادة الارتباط تلقائياً، مما يؤدي إلى التئام الجروح، أو الشقوق في المادة. وعلى سبيل المثال، بعد أربع ساعات من القطع، تلتئم المادة بنسبة 80 إلى 90%، وعادة ما تكون قد التحمت بالكامل بعد 24 ساعة. وتسمح هذه العملية البسيطة نسبياً، بإنشاء هيدروجيل بسُمْك مليمتر واحد يحتوي على ما يصل إلى 10 آلاف طبقة من الصفائح النانوية، مما يمنح المادة صلابة مماثلة لجلد الإنسان ودرجة عالية من المرونة. ويُمثّل هذا التقدم خطوة كبيرة نحو تطوير مواد جديدة مستوحاة من الطبيعة، مع إمكانيات تطبيقية واسعة في مجالات مثل الطب والروبوتات والتكنولوجيا الحيوية. وأشار الباحثون إلى أن تلك الدراسة حلَّت معضلة كبيرة، إذ كان ابتكار الهلاميات المائية القوية والصلبة والقادرة على الالتئام الذاتي تحدياً كبيراً، لكن اكتشاف آلية تقوية الهلاميات اللينة تقليدياً، قد يُحدث ثورة في تطوير مواد جديدة مستوحاة من الطبيعة. كما يأمل الباحثون في استخدام الهيدروجيل الجديد في ابتكار روبوتات ذات جلود قوية، وذاتية الالتئام، أو أنسجة اصطناعية تصلح نفسها تلقائياً. ورغم أن التطبيقات العملية قد تستغرق بعض الوقت، إلا أن هذه النتائج تُعتبر قفزة نوعية في تصميم المواد، إذ قال الفريق البحثي إن هذا الاكتشاف الأساسي يمكن أن يعيد كتابة قواعد تصميم المواد.
