طور كيميائيون في جامعة ولاية فلوريدا أداة تعلم آلي يمكنها تحديد التركيب الكيميائي لمحاليل الملح المجففة من صورة بدقة 99٪.
باستخدام الروبوتات لإعداد آلاف العينات والذكاء الاصطناعي لتحليل بياناتها، فقد ابتكروا أداة بسيطة ومنخفضة التكلفة يمكن أن توسع نطاق التحليلات الكيميائية. نُشر العمل في Digital Discovery.
قال المؤلف المشارك أوليفر شتاينبوك، أستاذ الكيمياء والكيمياء الحيوية في جامعة ولاية فلوريدا: "نحن نعيش في عصر الذكاء الاصطناعي والبيانات الضخمة". "اعتقدنا أنه إذا استخدمنا قواعد بيانات كبيرة بما فيه الكفاية مع صور كافية من مركبات وبقع مختلفة، فقد نتمكن من تحديد التركيب بمساعدة الذكاء الاصطناعي."
يمكن أن يتيح البحث تحليلات كيميائية أرخص وأسرع يمكن استخدامها في استكشاف الفضاء، وتطبيق القانون، والاختبارات المنزلية، ومجالات أخرى.
كيف يعمل
يبني هذا البحث على دراسة سابقة من مختبر شتاينبوك استخدم فيها الباحثون التعلم الآلي لتحديد التركيب الكيميائي لبقع الملح في الصور. في تلك الدراسة، حلل الباحثون حوالي 7500 عينة أعدوها يدويًا.
يوسع العمل الحالي هذا البحث باستخدام روبوت لمعالجة العينات التي سيتم تحليلها لاحقًا بواسطة برنامج تعلم آلي محسّن. بدلاً من أخذ العينات يدويًا، طور الباحثون ما يسمى بـ "مصور القطرات الروبوتي" (RODI)، والذي يمكنه معالجة أكثر من 2000 عينة يوميًا. وبهذه الطريقة، تمكنوا من بناء مكتبة تضم أكثر من 23000 صورة - أي أكثر من ثلاثة أضعاف ما تم في دراستهم الأصلية.
بعد إعداد العينات والتقاط الصور، قام الباحثون بتبسيط كل صورة عن طريق تحويلها إلى تدرج رمادي، ثم استخرجوا 47 ميزة مثل مساحة النمط، والسطوع، وسمات أخرى استخدموها في تحليلهم.
مع زيادة عدد الصور، زادت دقة برنامج التعلم الآلي الخاص بهم من حوالي 90٪ إلى ما يقرب من 99٪. قام الباحثون أيضًا بتحليل التركيز الأولي لمحلول الملح في خمس مراحل مختلفة، ودربوا برنامج التعلم الآلي الخاص بهم للتمييز بينها. حقق البرنامج دقة 92٪ في تحديد تركيز المحلول وهوية الملح.
„تعتمد الدقة المطلوبة في التحليلات المختلفة على الموقف المحدد“، كما تقول أمروتا إس. في.، باحثة ما بعد الدكتوراه والمؤلفة المشاركة للدراسة. „من واقع خبرتي، أعلم أن بعض أنواع التحليل الطيفي وطرق التحليل الأخرى باهظة الثمن وتتطلب خبرة فنية متخصصة لتطبيقها. لهذا السبب، أنا متحمسة لإمكانية وجود طريقة بسيطة - مجرد التقاط صورة لتحديد التركيب الكيميائي. سيكون هذا مفيدًا بشكل لا يصدق.“
معرف الكائن الرقمي
