طوّر باحثون في مختبر برينستون لفيزياء البلازما التابع لوزارة الطاقة الأمريكية وجامعة برينستون إطاراً برمجياً للذكاء الاصطناعي قادراً على إتمام عملية تنبؤ بالبلازما الاندماجية والتحكم فيها خلال نحو 20 مللي ثانية، وتعديل حالتها بسرعة، مع الالتزام بقيود صارمة على سلامة العتاد. ونُشرت النتائج ذات الصلة في العدد الجديد من مجلة «الاندماج النووي».

تطبيق إطار الذكاء الاصطناعي PACMAN في منظومة الاندماج (رسم تصوري). المصدر: مختبر برينستون لفيزياء البلازما التابع لوزارة الطاقة الأمريكية

يسعى العلماء إلى استكشاف الاندماج النووي المُتحكَّم فيه باستخدام أجهزة مثل توكاماك، التي تعمل على حصر البلازما عالية الحرارة داخل مجالها المغناطيسي القوي. ولكي تستمر تفاعلات الاندماج، تحتاج البلازما إلى الحفاظ على درجة حرارة عالية وكثافة مرتفعة وحالة مستقرة. غير أن بعض ظواهر عدم الاستقرار في البلازما تتطور بسرعة كبيرة، وقد تتصاعد خلال بضعة مللي ثوانٍ، بحيث لا يتمكن المشغلون البشريون في كثير من الأحيان من الاستجابة في الوقت المناسب.

يُعدّ التنبؤ بما ستؤول إليه البلازما أمراً محورياً للتحكم في تفاعلات الاندماج. وقد تستغرق المحاكاة الحاسوبية التقليدية الواحدة أياماً أو حتى أشهراً، وهو ما لا يلبي متطلبات التحكم الآني. أما نماذج تعلّم الآلة فتستطيع استخدام البيانات التجريبية للحكم على حالة البلازما بسرعة والتنبؤ بتغيّراتها.

وفي هذه المرة، طوّر الباحثون منظومة تُسمى PACMAN، أي «التنبؤ والتحكم عبر تعلّم الآلة». وهي قادرة على استدعاء عدة نماذج ذكاء اصطناعي في آنٍ واحد، وتعديل معدات التسخين والمجالات المغناطيسية والمعاملات ذات الصلة بناءً على نتائج التنبؤ. كما تتحقق المنظومة من خطط التحكم التي يقدمها الذكاء الاصطناعي، وتضع قيوداً على سلامة العتاد، بما يضمن عدم تنفيذ الجهاز أية عمليات تتجاوز النطاق الآمن.

وأظهرت نتائج خمس تجارب أُجريت على جهاز توكاماك في منشأة DIII-D الوطنية للاندماج التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية أن PACMAN قادر على استخدام الذكاء الاصطناعي للتحكم في منظومة تسخين البلازما، والتنبؤ بانفجارات الطاقة عند حافة البلازما، ورصد الموجات البلازمية التي تحفّزها الجسيمات عالية السرعة والتحكم فيها، فضلاً عن تعديل كثافة البلازما وحالة دورانها وفقاً لأهداف محددة مسبقاً.

كما استخدم الباحثون PACMAN للتحكم في ستة أنابيب غيار في جهاز DIII-D في آنٍ واحد. وتزوّد أنابيب الغيار البلازما بالطاقة عبر حزم موجات دقيقة قوية. وفي التجارب، تمكّن الذكاء الاصطناعي من تعديل قدرة أنابيب الغيار الستة ومواضع مراياها في وقت واحد، لجعل هذه الأجهزة تعمل بشكل تعاوني بما يحقق الأهداف التي حددها الباحثون.

وشدّد الباحثون على أن الذكاء الاصطناعي لم يحلّ محل التحكم البشري في تجارب الاندماج. فلا تزال الأهداف التجريبية ومعاملات التحكم يحددها العلماء، كما تلتزم المنظومة في جميع الأوقات بقيود سلامة العتاد.