מדוע מים מתנהגים אחרת מכל נוזל אחר? רוב החומרים מתכווצים בקפיאה, אך מים מתרחבים – תופעה שתוקעת משאבות מים בחורף ומבקעת סלעים בטבע. במשך שנים ניסו מדענים לקשור את ההתנהגות המוזרה הזו לשינויים במבנה המיקרוסקופי של המולקולות, אך חסרו להם כלים עקביים לתיאור השינויים הללו. כעת, חוקרים מאוניברסיטת אוסקה נעזרו בבינה מלאכותית כדי לפתור את החידה, וממצאיהם פורסמו בכתב העת "Communications Chemistry".
4+כדי להפוך מים נוזליים לקרח, המולקולות חייבות להסתדר במבנה גבישי מסודר. תהליך זה מתחיל בדרך כלל ב"אתרי התגרענות" – משטחים כגון חלקיקי אבק או שריטות בדופן הכלי שסביבם נוצרים הגבישים. אם המים נקיים לחלוטין מאותם אתרים, הם יכולים להישאר במצב נוזלי גם הרבה מתחת ל-0 מעלות צלזיוס, מצב המכונה "קירור-על".
4+בתנאים אלו, התכונות המוזרות של המים הופכות לקיצוניות. מדענים מעריכים שהסיבה לכך היא תחרות בין שני סוגי מבנים נוזליים: מבנה בעל צפיפות גבוהה ומבנה בעל צפיפות נמוכה. המבנים הללו מתחלפים ביניהם ברמה המולקולרית בהתאם לטמפרטורה.
4+הקושי המדעי הגדול נבע מכך שכל חוקר הציע שיטה אחרת למדידת הסידור המולקולרי, דבר שמנע השוואה אחידה. כאן נכנסה לתמונה הבינה המלאכותית. החוקרים הזינו לרשת עצבית נתונים מסימולציות מורכבות של מים בקירור-על. באמצעות תהליך של "ניסוי וטעייה", המערכת למדה לזהות דפוסים משמעותיים במבנה המולקולרי, בדומה לאופן שבו המוח האנושי מזהה צורות.
4+"הרשת השתמשה במה שלמדה כדי להשוות 16 שיטות תיאור שונות ולבדוק איך הן מבחינות בין מבני ה-LDL וה-HDL בטמפרטורות משתנות", הסביר נובויוקי מטובאיאסי, החוקר הבכיר בצוות. "בדרך זו קבענו אילו מהשיטות הן היעילות והמדויקות ביותר".
המחקר מהווה אבן דרך בהבנת תנועת המים. יצירת מסגרת עבודה אחידה מאפשרת למדענים להבין טוב יותר כיצד שינויים מבניים ברמת המולקולה משפיעים על התכונות המאקרוסקופיות של החומר. מעבר להסברת התופעות המוזרות של המים, הכלים החדשים שפותחו בעזרת ה-AI עשויים לסייע בפיתוח טכנולוגיות עתידיות שמתבססות על מניפולציות של מים וחומרים דומים, ולהוביל להבנה מעמיקה של חומרים מורכבים בטבע. כעת, כשהבינה המלאכותית הציבה את ה"מפה" המבנית, הדרך לשכתוב הפרקים בספרי הפיזיקה נראית קרובה מתמיד.
