تشخيص الأمراض باستخدام تقنية الأنف الإلكتروني

مع التقدم المتسارع للتكنلوجيا في هذا العصر أصبح الأن بالإمكان التحقق من الأمور الحيوية الخاصة بجسمك لضمان أنك تعيش في نمط صحي وسليم من الأمراض. ساهمت التقنيات الحديثة في تسهيل التشخيص الطبي لكثير من الحالات والأمراض مثل سرطان الثدي والدماغ وفي هذا المقال سنستعرض معكم موضوع تشخيص الأمراض باستخدام تقنية الأنف الإلكتروني.

ماهي تقنية الأنف الإلكتروني؟

الأنف الإلكتروني هو ببساطة عبارة عن نظم اصطناعية تستخدم للاستشعار الكيميائي لروائح المواد بحيث يمكن للأنف الإلكتروني محاكاة وظائف الأنف البشري ومعرفة الروائح.

كيفية عمل الأنف الإلكتروني

يتكون نظام الأنف الإلكتروني من مجموعة من الحساسات وأجهزة جمع العينات وأيضًا خوارزميات ذكاء اصطناعي لتمييز الأنماط المختلفة للروائح.

تستخدم الحساسات في تحليل طبيعة الغاز المعقدة حيث تقوم هذه الحساسات بمساعدة خوارزميات ذكاء اصطناعي بتحويل الإشارات الفيزيائية التي تعبر عن الروائح إلى أنماط مميزة خاصة وهذه الأنماط تنقسم إلى قسمين:

1- نمط تمييز كمي «quantitative recognition».

2- نمط تمييز نوعي «qualitative recognition».

بعد ذلك تقوم خوارزميات تمييز الأنماط بأخذ البيانات من الحساسات وتعمل على استخلاص الخصائص المميزة لمكونات الغاز حتى يتمكن الأنف الإلكتروني من اكتشاف الروائح وتمييزها.

أوجه التشابه بين الأنف البيولوجي والأنف الإلكتروني.

الذكاء الاصطناعي والأنف الإلكتروني

تستخدم تقنية الأنف الإلكترونية أيضًا مجموعة متنوعة من خوارزميات التعلم الآلي ومكونات الذكاء الاصطناعي المدمجة للكشف الدقيق. حيث يتم دمج العديد من خوارزميات تعليم الآلة في نظام الأنف الإلكتروني للتحليل النوعي ، مثل الشبكات العصبية الاصطناعية والشبكات العصبية الاحتمالية والخرائط ذاتية التنظيم والتعلم العميق وخوارزميات إتخاذ القرار وآلات المتجهات الداعمة وتحليل المكونات الرئيسية.

تتوفر تقنية الأنف الإلكتروني تجاريًا على شكل دائرة إلكترونية مدمجة.

تشخيص الأمراض عن طريق الأنف الإلكتروني

تُستخدم حساسات الروائح في كثير من التطبيقات مثل التحقق من جودة الأغذية، والكشف عن التلوث البيئي، ومراقبة جودة الهواء في الأماكن الحساسة ومؤخرًا تم استخدام حساسات الروائح أو الأنف الإلكتروني في التشخيص الطبي عن طريق تحليل الروائح البشرية وتمييزها.

تنشأ رائحة الإنسان نتيجة للتغيرات الهرمونية الداخلية أو الأيضية ، وتحتوي هذه الرائحة على علامة بيولوجية لبعض الأمراض وتعكس الحالة الفسيولوجية للفرد. ومن المصادر الرئيسية للرائحة البشرية: التنفس واللعاب والعرق والجلد والبول. في الآونة الأخيرة ،تم استخدام مكونات الزفير ، وانبعاثات الجلد ورائحة البول كعلامات حيوية تشخيصية للأمراض والاضطرابات ، مثل السكري وأمراض الكبد والربو وسرطان الرئة ومرض الانسداد الرئوي المزمن والتليف الكيسي.

تمكن الباحث «تشنج-Zheng» من برمجة «حساس الغاز-Gas Sensor» بيحث بمكن للحساس أن يكتشف في غضون دقائق مجموعة متنوعة من روائح الجسم والتي تُشير إلى مدى صحة أعضاء الإنسان الحيوية.

يحتوي حساس الغاز على طيف واسع للغازات ولكن المركبات العضوية المتطايرة والتي تعرف إختصارًا ب «VOCs» هي الهدف الرئيسي للأنف الإلكتروني في التشخيص الطبي ، مثل «الأسيتون-Acetone» لمرضى السكري والأمونيا لدى الأفراد المصابين بأمراض الكبد و «البنتان-Pentane» في المرضى الذين يعانون من الربو و «االألكانات-Alkanes» في مرضى سرطان الرئة.

لا يزال التطوير مستمرًا

في حين أن تكنولوجيا الأنف الإلكتروني يمكن استخدامها للتشخيص الطبي وكمؤشر على الصحة العامة ، يحذر الباحث “تشنغ” أن هذه التقنية لم تتطور بعدُ بما يكفي لإجراء تشخيص كامل. قي بمجرد أن يُشير الكشف إلى وجود تحذير ، عليك بزيارة الطبيب للحصول على تحليل كامل لحالتك الصحية.

المصادر:

IEEE Transmitter

Electronic Noses Applications in Beer Technology

جوجل تعلن تحقيقها التفوق الكمي !

أخيرًا، جوجل تعلن تحقيقها التفوق الكمي !

التفوق الكمي نقطة فاصلة في تاريخ التكنولوجيا، جوجل تعلن تحقيقها التفوق الكمي ، فمرحبًا بك في عالم الكم

صرحت شركة Google أن فريق من علمائها بقيادة «جون مارتينيز-John Martinis» عالم الفيزياء التجريبية في جامعة كاليفورنيا بسانتا باربرا وجوجل في ماونتن فيو قاموا ببناء جهاز كمبيوتر وصل إلى «التفوق الكمومي-quantum supremacy» وأجرى عملية حسابية قد تستغرق أسرع أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم 10000 عام في 200 ثانية فقط!

ناسا وتسرب الخبر

تم نشر نتائج اختبارات Google التي أجريت باستخدام شريحة كمومية تم تطويرها داخل الشركة، يوم الأربعاء 23 أكتوبر في مجلة «Nature» العلمية.

جاء ذلك بعد تسرب مبكر من الورقة البحثية قبل خمسة أسابيع في سبتمبر من قبل الفاينانشيال تايمز ومصادر أخرى أخذته من موقع ناسا الذي يتعاون مع جوجل في مجال الحوسبة الكمومية، لكن تم مسح الورقة المنشورة سريعًآ في ذلك الوقت ولم تؤكد الشركة أنها كتبت الورقة ولم تعلق على القصة وقتها.

التصريح الرسمي

قال «هارتموت نيفين-Hartmut Neven» المدير الهندسي في جوجل عبر مدونته الرسمية:

هذا الإنجاز هو نتيجة سنوات من البحث والتفاني من العديدين، إنها أيضًا بداية رحلة جديدة لمعرفة كيفية تطبيق هذه التكنولوجيا ونحن نعمل مع مجتمع البحث ونترك أدواتنا مفتوحة المصادر لتمكين الآخرين من العمل إلى جانبنا لتحديد التطبيقات الجديدة لتلك التقنية.

الفكرة الرئيسية للحوسبة الكمومية

تتمثل الفكرة وراء الحوسبة الكمومية في تحسين سرعة المعالجة وقوة أجهزة الكمبيوتر لتكون قادرة على محاكاة النظم البيولوجية الكبرى ودفع التقدم في الفيزياء والكيمياء وغيرها من المجالات.

عن طريق محاكاة التفاعلات والحسابات اللازمة للحصول على النتائج في الأبحاث العلمية وتسريعها درجات غير مسبوقة للحصول على نتائج قد تستغرق أعوام في أيام قليلة.

فبدلاً من تخزين وترميز المعلومات بشفرة «ثنائية-binary» مكونة من 0 أو 1 مثل أجهزة الكمبيوتر التقليدية ، تعتمد أجهزة الكمبيوتر الكمومية على «مكدسات- qubits» والتي يمكن أن تكون 0 و 1 في وقت واحد؛ مما يزيد بشكل كبير من كمية المعلومات التي يمكن ترميزها.

شك في النتائج المعلنة

لكن مثل الكثير من التطورات في الذكاء الاصطناعي هناك الكثير من النقاش حول ما يشكل طفرة حقيقية، فيقول الباحثون في «International Business Machines Corp-IBM» -وهي المنافس التقليدي لجوجل في هذا المجال- في مدونة هذا الأسبوع إن محاكاة نفس المهمة التي استخدمتها Google يمكن إجراؤها في غضون يومين ونصف فقط على جهاز كمبيوتر كلاسيكي مزود بسعة تخزين كافية على القرص الصلب وليس 10 آلاف عام!.

فإذا كان التفوق الكمومي يعني القيام بشيء لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر التقليدية القيام به فهذا ليس الأنجاز الذي تدعيه جوجل.

إنجازات سابقة على جوجل

في الوقت الذي تتسابق فيه أكبر شركات التكنولوجيا في العالم على تطوير جهاز كمبيوتر كمّي يتفوق على الأكاديميين، إلا أن بعض المنتجات متاحة تجاريًا بالفعل.

عام 2011 أصبحت شركة «D-Wave Systems Inc» في كندا أول شركة تبيع مثل هذا المنتج للشركات والمختبرات الحكومية على الرغم من أن تلك الآلات محدودة ولا يمكنها حل أي مسائل رياضية.

كما أن هناك عدد من الشركات الأخرى بما في ذلك IBM و Microsoft Corp و Rigetti Computing التي تتخذ من كاليفورنيا مقراً لها – تسعى لصنع أجهزة أكثر قوة يمكن للشركات استخدامها، وأتاح بعضهم أيضًا تقنياتهم بشكل مفتوح للباحثين للتجربة عبر الإنترنت.

آراء العلماء

يقول مارتينيز إن:

التفوق الكمي يُعتبر علامة فارقة لأنه يثبت أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية يمكن أن تتفوق على أجهزة الكمبيوتر التقليدية على الرغم من أن ذلك لم يتم إثباته إلى الآن إلا في حالات محدودة للغاية، إلا أن تلك الحالات تثبت لعلماء الفيزياء أن ميكانيكا الكم تعمل كما هو متوقع عند تسخيرها في مشكلة معقدة.

وتقول «ميشيل سيمونز- Michelle Simmons» عالمة فيزياء الكم في جامعة نيو ساوث ويلز في سيدني بأستراليا:

يبدو أن جوجل قد أعطتنا أول دليل تجريبي أن التسارع الكمي يمكن تحقيقه في الواقع.

تطبيقات محدودة للتفوق الكمي

يقول «كريستوفر مونرو- Christopher Monroe» الفيزيائي بجامعة ماريلاند في كوليج بارك

إن إنجاز جوجل قد يفيد الحوسبة الكمومية من خلال جذب المزيد من علماء الكمبيوتر والمهندسين إلى هذا المجال، لكنه يحذر أيضًا من أن الأخبار قد تخلق انطباعًا بأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية أقرب إلى التطبيقات العملية السائدة مما هي عليه بالفعل.

في الواقع يضيف مونرو أن العلماء لم يثبتوا بعد أن الكمبيوتر الكمومي القابل للبرمجة يمكنه حل مهام مفيدة لا يمكن القيام بها بأي طريقة أخرى، مثل حساب الهيكل الإلكتروني لجزيء معين وهي مشكلة صعبة تتطلب خلق نماذج للتفاعلات الكمية.

ويقول «سكوت آرونسون-Scott Aaronson» عالم الحوسبة النظرية في جامعة تكساس

إن هناك خطوة مهمة أخرى تتمثل في إظهار التفوق الكمي في خوارزمية تستخدم عملية تعرف باسم تصحيح الأخطاء، طريقة لتصحيح الأخطاء الناتجة عن الضوضاء والتي من شأنها أن تدمر أي عملية حسابية، يعتقد الفيزيائيون أن هذا سيكون ضروريًا لتشغيل أجهزة الكمبيوتر الكمومية على نطاق واسع.

وإن التجربة التي ابتكرتها Google لإظهار التفوق الكمومي قد يكون لها تطبيقات عملية: مثل أنشأ بروتوكولًا لاستخدام الحسابات الناتجة عن مولد الأرقام العشوائية الكمومية، فقد قد يكون ذلك مفيدًا في التشفير وخلق العملات المشفرة التي يعتمد أمانها على مفاتيح عشوائية على سبيل المثال.

يعمل مارتينيز على تحقيق هذين الهدفين ويقول أنه سوف يكشف عن نتائج تجاربه في الأشهر المقبلة ويضيف أن هذه التجربة تشبه برنامج اختباري ليس مفيدًا بحد ذاته لكنه يخبر Google أن الأجهزة والبرامج الكمية تعمل بشكل صحيح.

مصادر:

نيويورك تايمز

مجلة Nature

ما الّذي يمكن أن تقدمه الحوسبة المستوحاة من المخ؟

صمم باحثو ولاية بنسلفانيا جهازًا ثنائي الأبعاد يمكنه تقديم ما هو أكثر من الإجابة بـ “نعم” أو “لا”، مما قد يجعله أكثر شبهًا بالمخ من بنيات الحوسبة الحالية.

يقول الباحثون في مجلة «Nature Communications»:

“يتزايد حجم التعقيد أيضًا بسبب عدم قابلية التوسع في «هيكلة فون نيومان-Von Neumann Computing Architecture» التقليدية للحوسبة وعصر السيليكون الداكن الذي يمثل تهديدًا كبيرًا لتكنولوجيا «المعالجات متعددة اللب-Multi-Core Processor».”

إلى حدٍ ما، نحن في عصر السيليكون الداكن. وهذا يعني عدم القدرة على تشغيل جميع أو معظم الأجهزة الموجودة على شريحة الكمبيوتر دفعةً واحدة.

يحدث هذا بسبب كثرة الحرارة الناتجة من جهاز واحد. هيكلة فون نيومان هي الهيكلة القياسية لمعظم أجهزة الكمبيوتر الحديثة. وتعتمد على مقاربة رقمية- إجابات بـ “نعم” أو “لا”- حيث يتم تخزين تعليمات البرنامج والبيانات في نفس الذاكرة والمشاركة بنفس قناة الاتصال.

وقال سابتارشي داس، أستاذ مساعد للعلوم الهندسية وعلم الميكانيكا:

“لهذا السبب، لا يمكن القيام بعملية تحليل البيانات والحصول على التعليمات في نفس الوقت. بالنسبة لصنع القرار المعقد داخل الشبكات العصبية، قد تحتاج إلى مجموعة من أجهزة الكمبيوتر العملاقة تحاول استخدام «معالجات متوازية-Parallel Processors» في نفس الوقت- أي مليون جهاز كمبيوترٍ محمولٍ على التوازي- ستحتاج إلى ملعب كرة قدمٍ ليستوعب هذا العدد من الحواسيب. لا يمكن لأجهزة الرعاية الصحية المحمولة أن تعمل بهذه الطريقة.”

وفقًا لـداس، يمكن الحل في إنشاء شبكات عصبية إحصائية مستوحاة من الدماغ لا تعتمد على الأجهزة التي تعمل ببساطة أو المتوقفة عن العمل. ولكنها توفر مجموعة من الاستجابات الاحتمالية التي يتم بعد ذلك مقارنتها بقاعدة البيانات المكتسبة في الجهاز .

للقيام بذلك، طور الباحثون ترانزستور «غاوسي-Gaussian» ذو التأثير الحقلي، مصنوعٌ من مواد ثنائية الأبعاد- وتشمل «ثاني كبريتيد الموليبدينوم-Molybdenum Disulfide» و«الفوسفور الأسود-Black Phosphorus». تمتاز هذه الأجهزة بكفاءةٍ أعلى في استخدام الطاقة وإنتاج حرارةٍ أقل، مما يجعلها مثاليةً لتوسيع نطاق الأنظمة.
يقول داس:

“يعمل العقل البشري بسلاسة على 20 واط من الطاقة. وبالتالي فهو أكثر كفاءةً في استخدام الطاقة، كما يحتوي على 100 مليار خلية عصبية، ولا يستخدم هيكلة فون نيومان.”

لاحظ الباحثون أن الطاقة والحرارة ليستا الوحيدتين الّتين تشكلان مشكلة، ولكن أصبح أيضًا من الصعب احتواء أشياء أكثر في المساحات الصغيرة.
أظاف داس:

“لقد توقفت بالفعل زيادة الحجم. لا يمكننا سوى تركيب ما يقرب من مليار ترانزستور على شريحةٍ واحدة. نحن بحاجةٍ إلى مزيدٍ من التعقيد، شئ مثل الدماغ.”

كانت فكرة «الشبكات العصبية الاحتمالية-Probabilistic Neural Network (PNN)» موجودةً منذ الثمانينات، لكنها كانت بحاجة إلى أجهزةٍ معينةٍ للتنفيذ.
يقول أمريتاناند سيباستيان، طالب دراسات عليا في علوم الهندسة وعلم الميكانيكا:

“على غرار عمل الدماغ البشري، يتم استخراج السمات الرئيسية من مجموعةٍ من عينات التدريب لمساعدة الشبكة العصبية على التعلم.”
اختبر الباحثون شبكتهم العصبية على مخطط كهربية الدماغ، وهو تمثيل البياني «للتذبذب العصبي-Brainwaves».

بعد تزويد الشبكة بالعديد من أمثلة تخطيط كهربية الدماغ، يمكن للشبكة بعد ذلك أخذ إشارة جديدة لـ «تخطيط أمواج الدماغ-EEG» وتحليلها وتحديد ما إذا كان الشخص الخاضع للاختبار نائماً.
كما أظاف داس:

“على كعس الشبكة العصبية الاصطناعية، لا نحتاج إلى فترة تدريب طويلة أو قاعدة معلومات لشبكةٍ عصبيةٍ احتمالية.”

يرى الباحثون أن «الحوسبة الشبكية العصبية الإحصائية-Statistical Neural Network Computing» لها تطبيقاتٌ في الطب، لكون قرارات التشخيص ليست دائمًا 100% نعم أو لا.
كما أنهم يدركون أنه للحصول على تأثيرٍ أفضل، يجب أن تكون أجهزة التشخيص الطبية صغيرةً ومحمولةً وتستخدم أقل قدرٍ من الطاقة.

يصف داس وزملاؤه أجهزتَهم بمشبك غاوسي يستند إلى نظام ثنائي الترانزستور. حيث يكون ثاني كبريتيد الموليبدينوم موصلًا للإلكترون، في حين يجري الفسفور الأسود عبر الإلكترونات المفقودة أو الثقوب.
ببساطة، الجهاز عبارة عن مقاومتين متغيرين بشكل متسلسل، ينتج مجموعهما رسمًا بيانيًا بذيول، وهذا يطابق وظيفة التوزيع الاحتمالي الطبيعي أو أو الغاوسي.

ألمصدر: Knowridge Science Report

إقرأ أيضًا: تصريحات إيلون ماسك الجديدة حول الذكاء الاصطناعي

تصريحات إيلون ماسك الجديدة حول الذكاء الاصطناعي

ما الذي يتبادر إلى الذهن عندما تسمع عبارة “الذكاء الاصطناعي”؟

ربما تفكر في مساعد آبل الرقمي سيري أو روزي الروبوت من مسلسل(The Jetsons)؟

وجهة نظر إيلون:

يعتقد إيلون ماسك أنك تنظر للموضوع بشكل خاطيء.

حيث قال ماسك في حديث مع الرئيس التنفيذي لشركة علي بابا جاك ما في المؤتمر العالمي للذكاء الاصطناعي في شنغهاي، الصين هذا الأسبوع:

“أعتقد عمومًا أن الناس يقللون من قدرة الذكاء الاصطناعي – فهم يعتقدون أنه إنسان ذكي، لكن سيكون أكثر من ذلك بكثير حيث سيكون أكثر ذكاءً من أذكى إنسان”.

بالنسبة للسياق، قارن ماسك الفرق بين الذكاء الاصطناعي والبشر بالفرق بين البشر والشمبانزي حيث قال:

“هل يمكن لشمبانزي أن يفهم البشر حقًا؟ في الحقيقة لا لأننا نبدو مثل كائنات فضائية غريبة، فهم يهتمون في الغالب بشمبانزي آخر. وسيكون هذا هو الحال، أكثر أو أقل. في الواقع، إذا كان الفرق صغيرًا جدًا، فسيكون ذلك مذهلاً – ربما يكون أكبر بكثير”. هذا الاختلاف الصارخ في القدرة الفكرية بين الذكاء الاصطناعي والبشر هو الذي أثار قلق المسك بشأن مستقبل جنسنا البشري.

شركة (Neuralink):

وقال ماسك:

“ماذا تفعل في مثل هذا الموقف؟ لست متأكدا. آمل أن تكون لطيفة”. ولهذا السبب، أسس شركته(Neuralink).

“إذا لم تتمكن من التغلب عليهم، انضم إليهم- هذا ما تدور حوله شركة (Neuralink). هل يمكننا المضي قدمًا مع الذكاء الاصطناعي؟”

تصريحات إيلون ماسك السابقة:

في عام 2014 قالت صحيفة الجارديان أن إيلون تحدث عن خطورة الذكاء الاصطناعي حيث وصفه بأنه استدعاء للشيطان نفسه. واستكمل إيلون قائلًا:

“أعتقد أننا يجب أن نكون حذرين للغاية بشأن الذكاء الاصطناعي. إذا كان عليّ أن أخمن ما هو أكبر تهديد وجودي لدينا، فمن المحتمل أن يكون ذلك. قال مسك: “نحن بحاجة إلى توخي الحذر الشديد”. “أميل بشكل متزايد إلى الاعتقاد بأنه يجب أن يكون هناك بعض الرقابة التنظيمية، ربما على المستوى الوطني والدولي، لمجرد التأكد من أننا لا نفعل شيئًا أحمق”.

وقد أدلى ماسك بهذه التعليقات للطلاب من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) خلال مقابلة في ندوة(AeroAstro) المئوية ، حيث تحدثوا عن علوم الكمبيوتر، الذكاء الاصطناعى، استكشاف الفضاء واستعمار المريخ.

وفي عام 2017 قالت صحيفة الإندبندنت أن إيلون أخبر موظفي شركة (Neuralink) بعد أن عرض عليهم وثائقي يتحدث عن الذكاء الاصطناعي أن هناك احتمالية من 5 إلى 10% بأن الذكاء الاصطناعي سيكون ناجحًا وآمنًا. واستكمل إيلون قائلًا أنه استثمر في شركة (DeepMind) من أجل مراقبة تطوير جوجل للذكاء الاصطناعي.

وفي الختام هل تعتقد أن تصريحات إيلون ماسك الجديدة حول الذكاء الاصطناعي صحيحة أم خاطئة؟

المصدر(1)

المصدر(2)

المصدر(3)