لقد كانت محاكاة الواقع المادي منذ فترة طويلة مسألة مجزأة. يحتاج العالم الذي يقوم بنمذجة أمواج المحيط إلى حل واحد؛ يحتاج عالم الأحياء الحسابي الذي يراقب طية بروتينية إلى أخرى؛ فالمهندس الذي يدرس الكثبان الرملية يحتاج إلى ثالث. يتم ترميز كل أداة يدويًا بعناية فائقة حول المعادلات المحددة التي تحكم ظاهرة واحدة ضيقة.
وقد كشف الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة كولومبيا البريطانية ومجموعة من المؤسسات المتعاونة عن نظام مصمم لاستبدال هذا الترقيع ببنية واحدة. يستخدم النظام، المسمى WorldParticle، نموذجًا موحدًا للتعلم العميق لمحاكاة العمليات الفيزيائية المختلفة على نطاق واسع - بدءًا من الرمال المنزلقة وحتى البروتينات القابلة للطي - وفقًا لأخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. لمزيد من السياق حول هذه القصة، راجع أحدث تطورات الذكاء الاصطناعي.
سيتم تقديم هذا العمل، وهو عبارة عن ورقة مفتوحة الوصول بعنوان "WorldParticle: محاكاة عالمية موحدة لديناميكيات جسيمات لاغرانج عبر المحولات"، في مؤتمر ومعرض ACM SIGGRAPH حول رسومات الكمبيوتر والتقنيات التفاعلية في آسيا. ويمتد التعاون إلى معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وجامعة كولومبيا البريطانية، وجورجيا تك، وإنريا، وميتا، وجامعة بنسلفانيا، وجامعة يوتا، وجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس، وجامعة هونغ كونغ.
"لحظة GPT" للمحاكاة
قال بيتر يتشن تشين، وهو باحث سابق في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ويعمل الآن أستاذًا مساعدًا في جامعة كولومبيا البريطانية ومؤلفًا مشاركًا للورقة البحثية، في تقرير أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "نريد أن نحصل على لحظة GPT للمحاكاة". "في كل مرة يرغب الناس في إنشاء جهاز محاكاة لظاهرة فيزيائية معينة، يحتاجون إلى ترميزه من الصفر. رؤيتنا هي أن يكون لدينا نموذج أساسي يعمل خارج الصندوق لأي سيناريو تريد محاكاته. وهذه خطوة أولى في هذا الاتجاه."
الإشارة إلى GPT ليست عرضية. تستعير بنية WorldParticle نفس فكرة التنبؤ المتسلسل التي تدعم النماذج اللغوية الكبيرة. وقال تشين: "إنها بنية مشابهة لـ ChatGPT. ولكن بدلاً من التنبؤ بكلمة واحدة في كل مرة لكتابة جزء من النص، فإننا نتوقع كيف ستتحرك هذه الجسيمات، خطوة بخطوة".
ينضم إلى تشين المؤلف المشارك والمؤلف المشارك مينغهاو غو، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، والمؤلفان الرئيسيان المشاركان كاوليوين وانغ وسييوان تشين، طلاب الدراسات العليا في جامعة كولومبيا البريطانية. يضم الفريق أيضًا Wojciech Matusik، أستاذ الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والذي يقود مجموعة التصميم والتصنيع الحسابي داخل مختبر علوم الكمبيوتر والذكاء الاصطناعي (CSAIL).
كيف يعمل WorldParticle
يعتمد النظام على فكرة قديمة العهد في الفيزياء الحاسوبية: تمثيل لاغرانج، حيث توصف المادة على أنها مجموعة من الجسيمات المنفصلة التي تتطور مواقعها وسرعاتها بمرور الوقت. يقوم WorldParticle بتقسيم كل كائن يحاكيه إلى آلاف أو ملايين من النقاط الصغيرة ثلاثية الأبعاد، ثم يتتبع كيفية تحرك تلك الجسيمات عبر المكان والزمان.
تعلم المعادلات، وليس ترميزها يدويًا
الخروج عن التقليد يكمن في ما يكتب القواعد. في المسار الكلاسيكي، يبدأ العالم بمعادلة حاكمة تحدد كيفية تصرف المادة، ثم يحول تلك الرياضيات المعقدة إلى صيغة يمكن للحل الرقمي التعامل معها - مع تكرار التمرين بأكمله لكل مادة أو عملية جديدة.
يستخدم WorldParticle بدلاً من ذلك شبكة عصبية تتعلم كيفية حل المعادلات الحاكمة بشكل عام. تأخذ الشبكة المواقع ثلاثية الأبعاد والخصائص الفيزيائية للجسيمات كمدخلات وتخرج مواقعها وخصائصها للإطار التالي للمحاكاة، وتتنبأ بحركة المادة عبر الزمان والمكان بزيادات تبلغ ثانية واحدة.
التعامل مع القوى الخارجية
يتم دفع المواد الموجودة في العالم الحقيقي باستمرار بواسطة قوى لا يستطيع النموذج توقعها بشكل كامل، مثل موجة محيطية تصطدم بجدار بحري، أو قدم تضغط على الرمال. قبل كل خطوة محاكاة، يقوم WorldParticle بفصل القوى الخارجية المؤثرة على النظام. وبعد التنبؤ بالحالات الأولية للجسيمات، يقوم النظام بدمج تلك القوى مرة أخرى في المحاكاة، ويصحح توقعاته بناءً على كيفية تأثير القوى على سلوك الجسم.
أفاد الباحثون أن حلقة التصحيح هذه هي ما يسمح للنموذج بالتعميم على المواد والظروف البيئية والقوى التي لم يواجهها أبدًا أثناء التدريب.
ضغط ملايين الجزيئات
شكل المقياس التحدي الهندسي المركزي. يمكن لجسم معقد أن يتحطم إلى ملايين الجزيئات، مما يثقل كاهل الميزانية الحسابية للنموذج بسرعة. وللحفاظ على سهولة المعالجة، استخدم الفريق تقنية دمج تجمع بين الجزيئات وتضغطها مع الحفاظ على التفاصيل الدقيقة في سلوكها.
وقال جو لأخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "كنا بحاجة إلى القيام بالكثير من الهندسة التفصيلية واستخدام العديد من التعديلات على البنية حتى تكون قابلة للتعميم والتوسع حقًا".
تم اختباره ضد ستة ظواهر فيزيائية
استعرض الباحثون WorldParticle على ست ظواهر فيزيائية مختلفة، بما في ذلك الأجسام القابلة للتشوه والمواد الحبيبية والبروتينات، مما أدى إلى دقة أعلى من طرق المحاكاة العددية المعمول بها.
وكانت الأمثلة ملموسة. في أحد الاختبارات الدقيقة، التقطت WorldParticle كيف تنهار كومة من المواد تحت تأثير الجاذبية، في حين أن بعض الأساليب الأساسية تركت جزيئات الرمل تطفو بشكل غير محتمل في الهواء. فيما يتعلق بالديناميكيات الجزيئية، قام النظام بوضع نموذج لكيفية تغير هياكل البروتين بمرور الوقت بمعدل أسرع بنحو 100 مرة من المحاكاة الرقمية، وفقًا لجو.
وتسري المكاسب العملية في كلا الاتجاهين: نتائج أسرع للمشكلات التي يدرسها العلماء بالفعل، والقدرة على ربط الظواهر التي كانت تتطلب في السابق أجهزة محاكاة منفصلة. يسلط الفريق الضوء على سيناريوهات، مثل تدفق السائل على مادة صلبة قابلة للتشوه - على سبيل المثال، كيف يمكن أن يضغط الزيت المتدفق على صمام مرن داخل خزان تخزين - حيث يجب وضع نموذج للسائل والبنية التي يدفعها معًا.
من الروبوتات الناعمة إلى دمج المجرات
تشير عمومية الإطار إلى تطبيقات تتجاوز بكثير رسومات الكمبيوتر. ويقول الباحثون إن نفس النهج يمكن أن يرشد مهام التلاعب بالروبوتات الناعمة، حيث يجب على الآلة المتوافقة أن تتنبأ بكيفية تحرك الرمال أو التربة تحت لمستها. كما قاموا بإدراج تطور الحمض النووي الريبوزي (RNA) وحتى الظواهر الفيزيائية الفلكية مثل دمج المجرات كمجالات مرشحة.
على المدى الطويل، يأمل الفريق أن يساعد هذا العمل العلماء على اكتشاف مواد جديدة واستكشاف العمليات الفيزيائية التي لا تستطيع طرق المحاكاة الحالية دراستها بشكل فعال.
وقال قوه: "إننا نرى أن توحيد الحساب والعلم يمنحنا رؤى وأدوات جديدة لاكتشاف الظواهر الفيزيائية أو شرح بعض الظواهر الفيزيائية غير القابلة للتفسير". "باستخدام نموذج موحد، يمكننا فتح العديد من الاكتشافات التي لا يمكننا حتى تخيلها."
خطوة أولى، وليس أساسًا نهائيًا
يحرص الباحثون على تأطير WorldParticle كخطوة افتتاحية بدلاً من نموذج أساس مكتمل. للمضي قدمًا، يخططون لتكييف النظام مع المزيد من الأنظمة الفيزيائية والبناء نحو خط محاكاة كامل للأغراض العامة للاكتشافات العلمية.
إذا كان هذا القوس يبدو مألوفًا، فهو حسب التصميم. أمضت النماذج اللغوية سنوات كأنظمة ضيقة لكل مهمة قبل أن تتوسع إلى أدوات للأغراض العامة - ويراهن فريق WorldParticle بوضوح على أن المحاكاة الفيزيائية يمكن أن تتبع مسارًا مشابهًا، خطوة جسيمية واحدة في كل مرة.
يستند هذا المقال إلى تقرير آدم زيوي، الذي نشرته أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في 9 نوفمبر 2026.---
ابق على اطلاع بأخبار الذكاء الاصطناعيآخر أخبار وتحليلات وإنجازات الذكاء الاصطناعي — في مكان واحد.
اقرأ المزيد من أخبار الذكاء الاصطناعي →
