كشفت دراسة رائدة من جامعة شرق الصين للعلوم والتكنولوجيا عن نهج مدفوع بالذكاء الاصطناعي يعتمد على علم المواد والجينوم (MGA) يُسرّع تطوير أغشية البولي إيميد عالية الأداء، وهي ضرورية لتقنيات الطيران والإلكترونيات المرنة وشاشات العرض المصغرة. نُشر البحث في 2 سبتمبر 2025 في مجلة Chinese Journal of Polymer Science، ويقدم إطار عمل للتعلم الآلي يُحسّن الخصائص الميكانيكية للبولي إيميدات المتصلبة حرارياً، محققاً تركيبة رائدة، PPI-TB، تتميز بقوة وصلابة ومتانة فائقة مقارنة بالمعايير الحالية.
تُقدّر أغشية البولي إيميد لاستقرارها الحراري وعزلها، لكنها تواجه تحديات في موازنة الخصائص الميكانيكية مثل معامل المرونة وقوة الشد والاستطالة عند الكسر. طرق التخليق التقليدية، التي تعتمد على التجربة والخطأ، بطيئة ومكلفة، مما يحد من استكشاف التصاميم الجزيئية المعقدة. يتغلب النهج الجديد المدعوم بالذكاء الاصطناعي على هذه العقبات من خلال دمج النمذجة الحاسوبية والبيانات التجريبية والتعلم الآلي للتنبؤ بالخصائص الميكانيكية المتعددة وتحسينها في وقت واحد.
طور فريق البحث نماذج انحدار العملية الغاوسية مدربة على أكثر من 120 مجموعة بيانات تجريبية للبولي إيميد، مع اعتبار المكونات الهيكلية - ثنائي أنهيدريد، وثنائي أمين، ووحدات إنهاء - "جينات". مكّن هذا الإطار من تحليل 1720 من البولي إيميدات ذات النهايات الفينيل إيثينيل (PPIs)، وتنبأ بمعامل يونغ وقوة الشد والاستطالة عند الكسر بدقة عالية (R² ≥ 0.70–0.74). من خلال الفحص الافتراضي، حدد الفريق PPI-TB، وهو تركيبة تفوقت على البولي إيميدات الراسخة مثل PETI-1 و O-O-3، محققة معامل مرونة 3.48 جيجا باسكال ومتانة استثنائية. أكد التحقق التجريبي تنبؤات النموذج، مما أظهر توافقًا قويًا بين الأداء المتوقع والمقاس.
كشف تحليل "جينات" الجزيئية عن رؤى تصميمية رئيسية: الهياكل العطرية المترافقة تعزز الصلابة، والذرات غير المتجانسة والحلقات غير المتجانسة تقوي التفاعلات الجزيئية، والوحدات المرنة المحتوية على السيليكون أو الكبريت تحسن الاستطالة. توفر هذه النتائج خارطة طريق لتصميم البولي إيميدات بخصائص ميكانيكية متوازنة.
يقدم نهج MGA المدعوم بالذكاء الاصطناعي إطارًا قابلاً للتطوير وفعالًا لتصميم البوليمرات، مما يقلل بشكل كبير من وقت وتكاليف التطوير. تمتد تطبيقاته إلى ما هو أبعد من البولي إيميدات، مما يبشر بتقدم في المواد خفيفة الوزن والمتينة والمستقرة حرارياً لمواد الطيران المركبة والإلكترونيات المرنة والإلكترونيات الدقيقة. بتمويل من البرنامج الوطني الرئيسي للبحث والتطوير في الصين والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين، يمثل هذا العمل قفزة كبيرة في ابتكار المواد، مما يمهد الطريق لجيل جديد من البوليمرات عالية الأداء.
معرف الكائن الرقمي
