علماء الفيزياء الحيوية يخطون خطوة نحو صنع الربوت العالِم

خطى علماء الفيزياء الحيوية خطوة صغيرة أخرى إلى الأمام في محاولةٍ للحصول على طريقةٍ تلقائية لاستنتاج النماذج التي تصف نظام الديناميكية

علماء الفيزياء الحيوية يخطون خطوة صغيرة نحو صنع (الربوت العالِم).

Libyan sci club - النادي الليبي للعلوم

خطى علماء الفيزياء الحيوية خطوة صغيرة أخرى إلى الأمام في محاولةٍ للحصول على طريقةٍ تلقائية لاستنتاج النماذج التي تصف نظام الديناميكية - وهو ما يسمى الروبوت العالِم "Robot Scientist" -
وقد نُشِرت النتائج الأوليّة للبحث في إحدى المجلات العلميّة تحت عنوان "خوارزمية عمليّة لاستنتاج قوانين الطبيعة من بيانات السلاسل الزمنية للأنظمة الديناميكية."
ذكرت"إيليا نامنمان"-أستاذة فيزياء وأحياء بالجامعة والمسؤولة عن هذه الدراسة- أنّ هذه الخوارزمية تعتبر خطوة صغيرة ويمكن وصفها بأنّها النُّسخة المصغّرة "للرّوبوت العالِم"، ولكن ومع ذلك قد يكون لها تطبيقات عمليّة كبيرة. ولأول مرة، استطعنا تعليم الكمبيوتر كيفية البحث بكفاءة عن القوانين المُتعلّقة بأنظمة الطبيعة الديناميكية، بما في ذلك النُّظُم البيولوجية المعقّدة."

ويُضيف ويسكونسن دانيلز-زميل الباحثة في هذه الدراسة : "إنّ كُلَّ ما يتغيّرُ من حولنا وداخلنا - من حركة الأجرام السماوية، إلى الطّقس والعمليات البيولوجية المعقّدة – كلها تعد نظاماً ديناميكياً. جزءٌ كبير من العلم يعتمد على تخمين قوانين الطبيعة التي تكمن وراء مثل هذه الأنظمة، وتلخيصها في المعادلات الرياضية التي يمكن استخدامها فيما بعد لتقديم تنبُّؤات، ومن ثم اختبار تلك المعادلات والتنبؤات من خلال التجارب."
وبهذا تطمح العالمة وفريق بحثها أن يقوموا باستخدام الحواسيب على نطاقٍ أوسع حتى تقوم بالتّخمينات نيابةً عن البشر لتساعد في تسريع عمليّة الاكتشاف.

في حين أن السعي من أجل صنع عالِم روبوتي حقيقي، أو الاعتماد على الذكاء المحوسب بصفةٍ عامة، لا يزال بعيد المنال، إلا أنّ هذه الخوارزمية تمثّل بداية مبشّرة في هذا المجال.
في أبحاثٍ سابقة، قام علماء فيزيائيون من جامعات مختلفة بتطبيق نظام برمجيات يقوم بتشغيل العملية العلميّة للنظم البيولوجية أوتوماتيكيّا. حيثُ توصلوا مبدئياً إلى طريقة لاستنباط نموذج لسلوك الخلية، إلا أنّ هذا النّهج كان معقّداً وبطيئاً، ومحدوداً في عدد المتغيرات التي يمكنه تتبعها- أي لا يمكن قياسه في الأنظمة الأكثر تعقيدا، وقد أكّد العلماء أنّ هذه الخوارزمية الجديدة قد تزيد من سرعة الحساب الضرورية بعامل 100 أو أكثر، وأنّها توفر وسيلة مناسبة لتوليد نماذج مُحكمة وفعّالة ستسمح مستقبلاً بالتنبُّؤ والتحكم في الأنظمة المعقدة.
أُطلِق على الخوارزمية الجديدة اسم "السير إسحاق Sir Isaac" تيمُّناً العالم الإنجليزي الشهير اسحاق نيوتن. حيث مثّلَ عمل نيوتن الحقيقي مثالا كلاسيكيا على كيفية احتواء المنهج العملي لتشكيل الفرضيات، ومن ثمّ اختبارها من خلال النظر في البيانات والتجارب. حيث افترض نيوتن أن قواعد الجاذبية المطبقة على سقوط التفاحة هي ذاتها التي تنبطق على القمر في مداره. واستخدم البيانات لاختبار وتحسين افتراضه واكتشاف قانون الجاذبية العام.

أمّا بالنّسبة للدراسة فقد قام العلماء باختبار الخوارزمية وذلك بتكوين نموذج يحاكي النظام الشمسي عن طريق توليد مسارات عدديّة للكواكب والمذنّبات التي تدور حول الشمس حيث كان مصدر الجذب الوحيد هنا هو الشمس.
بيّن العلماء أنهم قاموا بإنشاء خوارزمية تعمل على البحث في مجموعة من القوانين المحددة، وذلك لتكون التجربة عمليةً أكثر، وفي نفس الوقت مرنة بما فيه الكفاية لشرح العديد من الديناميكيات المختلفة.
كانت النتائج التي تحصلوا عليها مقاربة جداً لما قد يتحصّلون عليه إن قاموا بالتجربة بالطريقة المعهودة، وكانت نسبة الخطأ ضئيلة جداً..كما اكتشفت الخوارزمية أيضا أنّ القوة تعمل على تغيير السّرعة، وليس الموقع مباشرة. تقول الباحثة أنّ الخوارزمية هنا تكون قد توصلت إلى قانون نيوتن الأول، وتضيف أنّه من أجل التنبُّؤ بالمسار المحتمل لكوكب ما، سواء كان بقى بالقرب من الشمس أو كان يبتعد إلى ما لا نهاية، فإن معرفة موقعه الأولي لا يكفي. حيث تفهم الخوارزمية أن ما تحتاج معرفته أيضا هو السرعة.

من جهة أخرى فقد أكّد العلماء أنّ الحصول على الوصف الدقيق لأي نظام ديناميكي يُعتبر مُعقّداً إذ أنّ الأمر يتطلب كميات كبيرة من البيانات، ومع ذلك فإنّ استخدام هذه الخوارزمية يُمَـكّنُنا من الحصول على وصف تقريبي باستخدام عدد قليل من قياسات النظام، وهذا ما يجعل هذه الطريقة عمليّة للغاية.
حيثُ قام الباحثون بعدّة تجارب لاختبار فعاليّة الخوارزميّة وكانت نتائجها مقاربةً جدا، أولى التجارب أثبتت أن الخوارزمية يمكنها الاستدلال على ديناميكية مستقبلية للمناعة في الكريات البيضاء. هذا النوع من النماذج قد يؤدي إلى فهم أفضل للدورة الزمنية التي يحتاجها الجسم للاستجابة للعدوى أو الدواء. وفي تجربة أخرى، قام الباحثون بمد الخوارزمية ببيانات لثلاثة أصناف مختلفة فقط من المواد الكيميائية المعنية بالتحلل في الخميرة. حيث صنعت الخوارزمية نموذجا يعطي تنبؤات دقيقة للنظام الكامل لعمليّة التّمثيل الغذائي الأساسية لاستهلاك الجلوكوز، والتي تنطوي على سبعة أصناف كيميائيّة. ويعمل العلماء الآن على استكشاف ما إذا كان بإمكان الخوارزمية نمذجة العمليات البيولوجية الأكثر تعقيداً مثل ديناميكا إفراز الأنسولين في البنكرياس وعلاقته بظهور مرض السكري.

وأخيراً علينا القول أنّهُ ومع كلّ هذه الميزات التي ستقدّمها الخوارزمية في حال تطويرها وصنع "الروبوت العالِم"، إلاّ أنّه من المستحيل أن تحلّ محلّ العلماء..إنّ الحدس بواسطة عقل عبقري كالذي عند نيوتن هو ما يُميّز الذكاء البشري حتى على أكبر حاسوب فائق وبرنامج خوارزمي. كُلّ ما يأمل العلماء القيام به هنا هو جعل خوارزميتهم تنتج نماذجاً من الظّواهر حتى يتسنى لهم استخدامها لخلق تعميمات ذات فائدة تساعدهم في مجال عملهم بشكل أكثر فعاليّة .

ترجمة Omar Almay
مراجعة وتدقيق Sarah MT
تصميم Amjed Amj
المصدر http://goo.gl/nPsSKF

#فيزياء #بيولوجيا #هندسة_وتكنولوجيا #روبوت #عالم #النادي_الليبي_للعلوم