هوش مصنوعی، شناسایی نانوذرات را به طور خودکار و با دقت بی نظیری انجام می دهد
ترکیب موفقیت آمیز هوش مصنوعی در زمینه تحلیل نانوذرات تأثیرات قابل توجهی در حوزه های مختلف علمی و صنعتی به ارمغان می آورد. در عرصه علوم مواد، استفاده از هوش مصنوعی در بخش بندی خودکار به محققان این اجازه را می دهد تا ویژگی های نانوذرات را بهینه سازی کنند تا در کاربردهای گوناگون، نظیر پوشش ها، کاتالیزورها و مهندسی بایوپزشکی، موثرتر شوند. قابلیت شناسایی دقیق ساختارهای پیچیده در مقیاس نانو توانایی تغییر سیستم های دارورسانی، مواد الکترونیکی و فناوری نانو محیط زیستی را دارد.
تحلیل و بررسی نانوذرات از زمان های قدیم نقش کلیدی در توسعه علوم مواد، پزشکی و فناوری ایفا کرده است. اما روش های سنتی بررسی این ذرات که به تقسیم بندی و اندازه گیری دستی تکیه دارند، به دلیل زمان بر بودن و مستعد خطاهای انسانی، چندان کارآمد نیستند. پژوهش نوینی با عنوان «تحلیل نانوذرات با کمک هوش مصنوعی پیش آموزش یافته با مدل بخش بندی همه چیز»، به راهبری گابریل آ. مونتیرو، برونو آ. مونتیرو، جفرسون آ. دوس سانتوس و الکساندر ویتمن که در مجله Scientific Reports (۲۰۲۵) منتشر شده است، یک رویکرد نوآورانه را برای شناسایی مورفولوژیکی نانوذرات از طریق بهره گیری از مدل یادگیری عمیق پیش آموزش یافته معرفی می کند. این مطالعه نشان می دهد که چگونه هوش مصنوعی می تواند به میزان قابل توجهی دقت و کارایی بخش بندی نانوذرات را افزایش دهد و در بهبود آنالیز میکروسکوپی مؤثر باشد.
یکی از چالش های تعیین کننده در تحلیل نانوذرات، شناسایی دقیق ذرات چندبخشی و تفکیک ساختارهای پیچیده در تجمعات نانوذره ای است. روش های معمول مانند تقسیم بندی بیزی و شبکه های عصبی که به طور خاص برای ذرات کلوئیدی طراحی شده اند، از نظر دقت و مقیاس پذیری با محدودیت هایی مواجه اند. محققان به منظور مواجهه با این چالش ها از مدل Segment Anything Model (SAM) بهره گرفتند؛ الگوریتم یادگیری عمیق پیش آموزش یافته که برای بخش بندی تصاویر در زمینه های مختلف توسعه یافته است. بر خلاف رویکردهای سنتی یادگیری ماشینی که نیازمند آموزش وسیع در یک زمینه خاص هستند، SAM قادر است بدون نیاز به هر گونه آموزش اضافی، تصاویر جدید را با دقت بالا بخش بندی نماید.
در این تحقیق، کارایی SAM در تحلیل سه نوع نانوذره شامل نانوکره ها، دوتایی ها و سه تایی ها مورد آزمایش قرار گرفت. این ذرات به دلیل وجود پیچیدگی های متنوع در مورفولوژی آن ها بوده است. هوش مصنوعی توانست کل ذرات و زیرمجموعه های آن ها را با دقت بالایی شناسایی کند، در حالی که روش های سنتی معمولاً در تفکیک بخش های همپوشان با چالش مواجه بودند. مدل SAM با سازمان دهی این زیرمجموعه ها به صورت مجموعه های ساختاری، روابط سلسله مراتبی میان اجزای نانوذرات را روشن ساخت که خود یک رویکرد بدیع در طبقه بندی نانوذرات به شمار می رود.
ادغام موفّق هوش مصنوعی در تحلیل نانوذرات می تواند پیشرفت های چشمگیری را در حوزه های علمی و صنعتی به ارمغان بیاورد. در علم مواد، این فناوری ظرفیت بهینه سازی ویژگی های نانوذرات را برای کاربردهای متنوعی از جمله کاتالیزورها، پوشش های پیشرفته و مهندسی بایوپزشکی دارد. دقت بالای شناسایی در ساختارهای پیچیده نانومقیاس می تواند به تسریع توسعه سیستم های دارورسانی، مواد الکترونیکی و فناوری های محیط زیستی کمک کند.
علاوه بر این، تحلیل تصاویر با استفاده از هوش مصنوعی می تواند زمان مورد نیاز برای ارزیابی های مورفولوژیکی را به طور چشمگیری کاهش دهد. این پژوهش پیشنهاد می کند که روش بخش بندی مبتنی بر SAM می تواند در حوزه های دیگری مانند تحلیل بافت تومورها، شناسایی نقص ها در آلیاژهای فلزی و تصویربرداری سلولی نیز مورد استفاده قرار گیرد. قابلیت مدل های هوش مصنوعی نظیر SAM در ارائه نتایج سریع در فرآیندهای میکروسکوپی، امکان دست یابی به درک بهتری از رفتار مواد را فراهم کرده و چرخه های آزمایش و نوآوری را تسریع می کند.
به نقل از ستاد نانو، یافته های این تحقیق نشان دهنده تحولی بنیادین در شیوه تحلیل نانوذرات بوده و استانداردی نوین برای بخش بندی خودکار و بدون خطای تصاویر میکروسکوپی معرفی می کند. با بهره مندی از مدل های یادگیری عمیق پیش آموزش یافته، پژوهشگران می توانند از روندهای زمان بر بخش بندی دستی فراتر رفته و دقت ارزیابی های مورفولوژیکی را افزایش دهند. به کارگیری مدل SAM در میکروسکوپی، گامی کلیدی در مسیر دیجیتالی سازی نانوعلم تلقی می شود و مشوق کشفیات مبتنی بر هوش مصنوعی در حوزه های نظیر شیمی و زیست فناوری خواهد بود.
با پیشرفت مداوم در زمینه هوش مصنوعی، پژوهش های آتی به احتمال زیاد بر ارتقاء دقت بخش بندی، یکپارچگی تحلیل های آنی مبتنی بر هوش مصنوعی در جریان های کاری آزمایشی و توسعه دامنه کاربردهای مدل SAM در سایر نانومواد تمرکز خواهند کرد.
