تقنية جديدة لزيادة سرعة عمل المجاهر الآلية عشرات المرات

قام فريق من العلماء الروس والإيطاليين من الجامعة الوطنية الروسية للأبحاث التكنولوجية "ميسيس" والمعهد الوطني للفيزياء النووية في نابولي بتصميم تقنية بسيطة وفعالة من حيث التكلفة، هذه التقنية تسمح بعشرات المرات زيادة سرعة عمل المجاهر الآلية في مختلف المجالات، بدءاً من الفيزياء النووية وعلاج الأورام السرطانية وانتهاء بعلم الآثار وعلم البراكين. يشار إلى أن نتائج البحث تم نشرها في مجلة علمية مرموقة Scientific Reports عن دار نشر (Nature).

يتطلب العلم الحديث استخدام أنظمة المسح بسرعة عالية، القادرة على إجراء تحليل عالي الدقة لبنية النماذج والعينات الداخلية، والحصول على كميات كبيرة من المعلومات ومعالجتها. هذه الأنظمة متوفرة لدى المجاهر الآلية من الجيل الجديد (АМ)  والحديث يدور عن روبوتات مجهزة بقطع ميكانيكية عالية الدقة وبصريات وكاميرا فيديو عالية السرعة. هذه المجاهر تعمل بشكل أسرع بملايين المرات من المجهر البشري.

لكن العلماء يبحثون عن طريقة لزيادة سرعة عمل الروبوتات المتوفرة بمرات عديدة. في حقيقة الأمر لا غنى عن المجاهر الأكثر تطوراً، على سبيل المثال لدى إجراء تجارب البحث عن المادة المظلمة، حيث سيتعين التعامل بكل ما تعني هذه الكلمة من معنى مع عشرات الأطنان من شرائح المستحلب من أجهزة الكشف، والتي بمساعدتها يتم تحديد أثار الجسميات المختلفة. ما يسمى بالمادة المظلمة هي مادة غامضة والتي يعتقد أن الجزء الكبير من كتلة المادة في الكون هو من هذه المادة. ووفق تقييم العلماء فإنه في كل مجرة هناك تقريبا 8-10 أضعاف أكثر من المادة المشابهة "بنت عمها" المرئية. وهذه المادة المظلمة هي التي تضبط النجوم في مكانها ولا تسمح لها بالانتقال بشكل فوضوي وبسرعة كبيرة.

وفي هذا السياق أشار الباحث أندريه ألكسندروف الخبير في الجامعة الوطنية للأبحاث التكنولوجية "ميسيس" أثناء مقابلة مع وكالة ريا نوفوستي قائلاً: "تم اختبار تقنية المسح الضوئي البصري المؤتمتة بالكامل للعينات الرقيقة من خلال أبحاثنا، والتي على أساسها سيتم تصميم جيل جديد من المجاهر المؤتمتة. نحن قمنا بتحليل الأداء وتقييم سرعة المسح القابلة للتحقق مقارنة مع الطرقات التقليدية". 

وتابع الباحث ألكسندروف موضحاً: "تتيح تقنية الرؤية الآلية للمجاهر المؤتمتة التعرف على الكائنات بشكل لحظي، وتتخذ القرار بنفسها بمعالجة الصور أو الانتقال إلى نقطة أخرى. حالياً تستخدم تكنولوجية الحساب الموازي CUDA  و GPU لبطاقة الفيديو بشكل مكثف، لمعالجة كمية كبيرة من الصور وتسريع العمليات الحسابية المكثفة (حوالي 2 غيغا بايت في الثانية من كل كاميرا فيديو. نحن الفريق الذي تمكن من تطبيق تقنية تحويل المستوى البؤري للعدسة".

وبحسب قول الباحث تبين أن فعالية ودقة هذا النهج يمكن مقارنتها بالآليات التقليدية، في حين أن سرعة المسح تتناسب مع عدد الكاميرات المثبتة، مما يشير إلى وجود تقدم كبير"، بعد ذلك يعتزم العلماء تصميم واختبار نموذج أولي ناجح من الجيل الجديد، يستخدم تقنية الدوران البؤري الذي تم تنفيذها من قبل الباحثين. وبالتالي فإن زيادة سرعة مثل هذه المجاهر بمقدار 10-100 مرة تسمح بزيادة حجم المعلومات المعالجة بشكل كبير، وتقليل زمن تحليلها من دون التعرض لتكاليف مالية كبيرة، وتوسيع حدود إمكانية تطبيق طريقة كشف مستحلب المسارات.

وختم الباحث ألكسندروف حديثه قائلا: "إن التجارب العلمية المستقبلية التي تعمل مع هذه الكواشف سوف تكرس للبحث عن جزيئات المادة المظلمة، ودراسة نيوترينو الفيزياء ودراسة تجزئة الأيونات لصالح علاج الهادرون للأورام السرطانية وحماية أطقم البعثات الفضائية من الأشعة الكونية".

وقد يهمك ايضـــــــــــــــــــًا

- تطوير تقنية تُمكن "الروبوتات" الجنسية من الشعور باللمسات البشرية

- الذكاء الاصطناعي يعلم الروبوتات كيف تمشي بمفردها