يُحدث نهج ثوري في أتمتة المختبرات تحولاً جذريًا في كيفية اكتشاف العلماء للمواد الجديدة. فقد طور باحثون في جامعة ولاية كارولاينا الشمالية مختبرًا ذاتي التشغيل قادرًا على جمع بيانات تزيد عن الطرق السابقة بعشرة أضعاف، مما يسرّع بشكل كبير وتيرة اكتشاف المواد.
وقد نُشرت هذه الطفرة العلمية في مجلة Nature Chemical Engineering، حيث تعتمد على تجارب تدفق ديناميكي يتم فيها تمرير الخلطات الكيميائية بشكل مستمر عبر النظام مع مراقبتها في الوقت الفعلي. ويمثل هذا ابتعادًا كبيرًا عن الطرق التقليدية الثابتة التي تتطلب الانتظار حتى اكتمال التفاعل قبل التحليل.
يشرح ميلاد أبوالحسني، أستاذ الهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية في جامعة ولاية كارولاينا الشمالية والمؤلف المسؤول عن الدراسة: "لقد أنشأنا الآن مختبرًا ذاتي التشغيل يعتمد على تجارب التدفق الديناميكي، حيث يتم تغيير الخلطات الكيميائية باستمرار عبر النظام وتتم مراقبتها في الوقت الحقيقي. إنه أشبه بالانتقال من التقاط صورة واحدة إلى مشاهدة فيلم كامل للتفاعل أثناء حدوثه".
لا يتوقف النظام عن العمل أو تحليل العينات، حيث يجمع البيانات كل نصف ثانية بدلاً من الانتظار حتى نهاية كل تجربة. وتتيح هذه العملية المستمرة لخوارزميات التعلم الآلي في المختبر الحصول على بيانات تجريبية عالية الجودة بكميات هائلة، مما يزيد من دقة التنبؤات ويسرّع من قدرات حل المشكلات.
وبالإضافة إلى السرعة، يسهم هذا الابتكار في تقليل الأثر البيئي بشكل ملحوظ. ويضيف أبوالحسني: "من خلال تقليل عدد التجارب اللازمة، يقلل النظام بشكل كبير من استهلاك المواد الكيميائية والهدر، مما يعزز ممارسات بحثية أكثر استدامة. فمستقبل اكتشاف المواد لا يتعلق فقط بسرعة الإنجاز، بل أيضًا بمسؤولية الوصول للنتائج".
وتنعكس آثار هذا الابتكار على مواجهة التحديات العالمية بشكل عميق؛ إذ يمكن أن تمكّن المختبرات الذاتية التشغيل العلماء من اكتشاف مواد ثورية في مجالات الطاقة النظيفة أو الإلكترونيات أو المواد الكيميائية المستدامة في غضون أيام بدلاً من سنوات. وأظهرت الاختبارات أن نظام التدفق الديناميكي تمكن من تحديد أفضل المواد المرشحة من المحاولة الأولى بعد التدريب، مما يبرز كفاءته.
وتُعد هذه التقنية جزءًا من حركة أوسع نحو العلم الذاتي، حيث تسرّع تقنيات الذكاء الاصطناعي والروبوتات وتيرة الاكتشاف بمعدل يتراوح بين 10 إلى 100 مرة مقارنة بالأساليب التقليدية. ومع تطور هذه الأنظمة، تعد بتقديم حلول أسرع لأهم التحديات التي تواجه المجتمع في مجالات الطاقة والاستدامة وتطوير المواد المتقدمة.