الوسم: تقنية

بالحديث عن مكونات الحاسوب وأجزاءه، لا يغيب عن مسامعنا لفظ ال GPU أو بطاقة الرسوميات أو كارت الشاشة. لذلك سنتعرف الآن على ماهو كارت الشاشة وما هي مكوناته وأنواعه.

ما هو كارت الشاشة وما هي أهميته؟

«وحدة معالجة الرسوميات-Graphical Processing Unit» أو اختصارًا GPU هي إحدى أهم مكونات الكمبيوتر. تم تصميمها لتطبيق تقنية «المعالجة المتوازية-parallel processing» والاستفادة منها في مختلف التطبيقات. حيث تستخدم ال GPU لتحسين جودة الصور المعروضة على الشاشة. وفي تطبيقات الألعاب وحتى الذكاء الاصطناعي AI. [1]

مكونات بطاقة الرسوميات

يتكون كارت الشاشة من عدة مكونات أساسية:

«وحدة معالجة الرسوميات-GPU»: هي المكون الرئيسي لكارت الشاشة. حيث تقوم بأخذ المعلومات من وحدة المعالجة المركزية CPU وتحويلها إلى صورة، ثم إرسال تلك الصورة إلى الشاشة. تطبق وحدة معالجة الرسوميات تقنية المعالجة المتوازية. حيث تتكون من مئات إلى آلاف الأنوية الصغيرة التي تعمل معًا وبشكل متوازٍ لتحسين قوة وسرعة المعالجة. وذلك على عكس وحدة المعالجة المركزية CPU التي تتكون من 2 إلى 16 أنوية فقط. ولذلك فقدرة ال GPU الحاسوبية أعلى من CPU.

الذاكرة: يحتوي كارت الشاشة على ذاكرة خاصة به بتم بها تخزين التركيبات المعقدة والمعلومات الخاصة بالرسوميات.

الواجهة الداخلية: هي الواجهة التي تقوم بتوصيل ال GPU باللوحة الأم.

موصلات الطاقة: توجد موصلات الطاقة في الفئات متوسطة إلى عالية المستوى من كروت الشاشة حيث أنها بحاجة إلى طاقة إضافية للتشغيل. أما كروت الشاشة منخفضة المستوى فلا تحتوي على موصلات طاقة.

منافذ الإخراج: تقوم بتوصيل كارت الشاشة أو بطاقة الرسوميات مع شاشة الحاسوب أو أجهزة العرض المختلفة لعرض الرسوميات التي يتم معالجتها. حيث تشكل منافذ الإخراج الواجهة الخارجية لكارت الشاشة.

مشتت الحرارة والمروحة: تتكون من غرفة التبريد حيث تعمل على خفض حرارة المعالج عن ارتفاعها نتيجة عمله.
[2]

أنواع بطاقة الرسوميات

يوجد نوعين رئيسيين لكارت الشاشة، هما كارت الشاشة المدمج والمنفصل.

كارت الشاشة المدمج: غالبية بطاقة الرسوميات الموجودة في الأسواق هي بطاقات مدمجة. حيث تتكامل وحدة المعالجة المركزية مع وحدة معالجة الرسوميات مباشرة. وتتميز الأنظمة ذات كروت الشاشة المدمجة باستهلاك أقل للطاقة وتكاليف أقل أيضًا.

كارت الشاشة المنفصل: بالرغم من إمكانية تشغيل العديد من التطبيقات بشكل جيد على كارت الشاشة المدمج، فإن التطبيقات المتطلبة لأداء مكثف تحتاج إلى كارت الشاشة المنفصل.
حيث تضيف وحدات معالجة الرسوميات المنفصلة قوة معالجة إضافية. ولكن على حساب الاستهلاك الإضافي للطاقة وارتفاع الحرارة. ولذلك تتطلب وحدات معالجة الرسوميات المنفصلة عمومًا تبريدًا مخصصًا لتحقيق أقصى أداء.

نظام تشغيل كارت الشاشة

تتطلب بطاقة الرسوميات برنامج تشغيل الجهاز يعرف ب “تعريف كارت الشاشة”. وظيفته هو التواصل مع نظام تشغيل الكمبيوتر وبرامج الكمبيوتر الأخرى لتعريفهم بكارت الشاشة المستخدم.
[3]

مصادر

[1] Intel
[2] skytech
[3] arageek

كثيرًا ما تتردد كلمة CPU على آذاننا عند الحديث عن العالم الداخلي للحاسوب ومكوناته. ونسمع الكثيرين يوصون بأهمية الاختيار الحريص للحاسوب بناءً على نوع ال CPU. فماذا تعني تلك الكلمة؟

ما هو ال CPU؟

«وحدة المعالجة المركزية-central processing unit» أو اختصارًا ال CPU هو مركز المعالجة الرئيسي في الحاسوب. والجزء الأساسي المسؤول عن تنفيذ الأوامر البرمجية. حيث تتلقى الأوامر البرمجية وتقوم بتنفيذها وتنظيم التفاعلات بين المكونات الأخرى للحاسوب. توجد رقاقة ال CPU في قلب الحاسوب على لوحة الدائرة الرئيسية (اللوحة الأم-motherboard).
[1]

لا يقتصر وجود الCPU أو المعالج على الحاسوب فقط، ولكن أي جهاز قابل لاستقبال الأوامر البرمجية أو تشغيل برنامج فهو يحتوي على CPU. سواء كان ذلك حاسوب مكتبي أو محمول أو حتى هاتف ذكي.

يوجد المعالج في الحاسوب المكتبي والعديد من الحواسيب المحمولة منفصلًا عن ذاكرة الوصول العشوائية RAM و شريحة الرسوميات GPU.

ولكن في العديد من أجهزة الحاسوب الحديثة، وبالأخص الهاتف الذكي، توجد رقاقة ال cpu مع العديد من المكونات الأخرى في رقاقة واحدة. حيث أنه في الهاتف الذكي، يمكن للرقاقة الحاملة لل cpu معالجة وظائف أخرى مثل المكالمات الهاتفية أو ال wi-fi أو حتى خدمات تحديد المواقع GPS. تعرف تلك الرقاقة متعددة الأغراض ب SoCs (System-on-a-chip).
[2]

مما يتكون المعالج cpu؟

تُبنى وحدة المعالجة المركزية (CPU) عن طريق وضع بلايين من الترانزستورات المجهرية على شريحة كمبيوتر واحدة. تسمح له تلك الترانزستورات بإجراء الحسابات التي يحتاجها لتشغيل البرامج المخزنة على ذاكرة النظام. حيث أن تلك الترانزستورات بكل بساطة هي بوابات دقيقة يتم تشغيلها أو إيقاف تشغيلها. وبالتالي تُنتج الآحاد أو الأصفار التي تترجم كل ما تفعله بالجهاز. سواء كان ذلك مشاهدة مقاطع الفيديو أو كتابة بريد إلكتروني.
وبعبارة أخرى، يقوم المعالج عن طريق الترانزستورات بترجمة أي سطر برمجي إلى سلسلة من الآحاد أو الأصفار يمكن التعامل معها وفهمها وتنفيذها.

أحد أكثر التطورات شيوعًا في تقنية ال cpu هو جعل تلك الترانزستورات أصغر وأصغر. وقد أدى ذلك إلى تحسين سرعة وحدة المعالجة المركزية على مدى عقود، وغالبًا ما يشار إلي ذلك التطور باسم قانون مور. [3]

كيف يعمل ال cpu؟

يقوم المعالج بشكل أساسي بتلقي التعليمات البرمجية وإجراء العمليات الحسابية ومن ثم تنفيذ تلك التعليمات.
تحتوي وحدة المعالجة المركزية على أربع وظائف: جلب التعليمات وفك تشفيرها وتنفيذها وتخزينها.

في البداية، يقوم بجلب التعليمات من ذاكرة الحاسب RAM. بعد ذلك، يقوم بفك تشفيرها أو ترجمة هذه التعليمات إلى تعليمات ثنائية (أو سلسلة من 1 و 0) حتى يتمكن الكمبيوتر من فهم التعليمات. وأخيرًا ، ينفذ هذه التعليمات ويخزن المخرجات في ذاكرته. [4]

مصطلحات هامة خاصة بال cpu

التردد أو (سرعة الساعة-clock speed)

يتم التعبير عن سرعة الساعة بالجيجا هرتز (GHz). وهي مؤشر تقريبي على عدد العمليات الحسابية التي يمكن للمعالج إجراؤها في كل ثانية. فكلما زاد الرقم، زادت العمليات الحسابية.
ولكن يجب علينا الوضع في الاعتبار سنة إصدار ال cpu أو ما يعرف بجيل المعالج. حيث أنه على سبيل المثال، المعالج الصادر عام 2008 لا يمكن اعتباره متساوٍ في الأداء مع المعالج الصادر عام 2018 بافتراض امتلاكهما نفس التردد.
حيث أن التردد المتساوي لهما لا يمكن أخذه كمعيار عند اختلاف سنة الاصدار أو الجيل.

الأنوية- cores

تتأثر أيضًا سرعة معالجة ال cpu للبيانات بعدد الأنوية التي تحتوي عليها. كل نواة هي في الأساس وحدة معالجة مركزية في حد ذاتها. ويتم كتابة العديد من البرامج بحيث يمكن أن يعمل cpu متعدد الأنوية على معالجة البيانات التي يتطلبها البرنامج في نفس الوقت. مما يزيد بشكل كبير من سرعة تشغيل هذا البرنامج.
تحتوي وحدات المعالجة المركزية الحديثة على نواتين على الأقل. والعديد منها يحتوي على أربعة أو ثمانية أو أكثر. وجود أنوية متعددة يؤدي بالتأكيد إلى زيادة في السرعة، ولكن ذلك يعتمد على نوع البرنامج الذي تقوم بتشغيله. حيث يمكن للمعالج رباعي النواة أداء بعض المهام مثل تحرير الفيديو بسرعة تبلغ ضعف سرعة الشريحة ثنائية النواة. لكن إضافة أكثر من أربعة أنوية لن يؤدي بالضرورة إلى تحسين أداء الألعاب بشكل أكبر.

المسارات أو الخيوط- threads

خيوط وحدة المعالجة المركزية هي في الأساس نسخة افتراضية من النواة. وتساعد على جعل أداء المعالج أكثر كفاءة.
وبشكل أوضح، يتم تقسيم وحدة المعالجة المركزية الكلية للجهاز إلى عدة أنوية مستقلة بذاتها تعمل كوحدة معالجة متكاملة. ويتم تقسيم النواة الواحدة إلى عدة مسارات افتراضية لتعمل بشكل متوازٍ لتحقيق أعلى سرعة للأداء.

في هذه الأيام، تحتوي المعالجات الصادرة من مختلف الشركات عادةً على خيطين أو مسارين لكل نواة.
وتمامًا مثل الأنوية، يعد وجود عدد كبير من المسارات أو الخيوط للنواة أمرًا مهمًا عندما يكون جهاز الكمبيوتر متعدد المهام أو يتعامل مع أعباء عمل ثقيلة.

مصادر:

[1] Wikipedia.
[2] Trusted Reviews.
[3] digitaltrends.
[4] hellotech.

تخيل معي السيناريو الآتي: شاشة هاتف تعيد بناء نفسها حينما تتهشم. عقاقير تبقى حائمة بمجرى الدم كأنها جزء لا يتجزأ من مكوناته الأساسية؛ لتتخذ شكلاً دفاعيًا حين تهاجم أجسام غريبة الجسم. أجنحة طائرة حركتها شبيهة بحركة وديناميكية أجنحة العصفور.

كل السيناريوهات السابقة ليست مستحيلة ولم تعد كذلك، بل من المحتمل رؤيتها قريبًا خلال ٥ إلى ١٠ سنوات أو أقل! لكن ما الذي يجعل من كل تلك الخصائص التي تكاد تحاكي مشاهد فيلم《خيال علمي》 ممكنة في التقنية الحديثة؟

سؤال سنجيب عليه بكلمة واحدة: «المواد -Materials» أو بأكثر دقّة: «المواد الذكية-The Smart Materials».

المواد و الحضارة:

بدايةً، كانت المواد بشكلٍ عام الأساس لكل التطور الذي تشهده البشرية منذ فجر التاريخ حتى يومنا هذا. إذ يكفينا الإشارة إلى أن معظم العصور التاريخية سميت بأسماء المواد التي اكتشفت في وقتها، واستخدمت في رفد مسيرة الحضارة من كل جانب؛ كالعصر الحجري، والبرونزي، والحديدي، لنصل إلى ما يسمى بالعصر الحديث أو ما يسمى بعصر «المواد المصنعة -The Synthesis Materials» التي لعبت الدور الأهم والأصلي في تفجر عصر “الثورة الصناعية الكبرى”.

مما أدت تواليًا للتكنولوجيا المعاصرة أو ما يلقب بامتياز عصر “المواد الذكية”. نشهد اليوم زخمًا وتسارعًا منقطع النظير في التقنية والفنيات الحديثة لا يمكن أن يُحقق إلا بوجود مواد معينة سمحت ببزوغ تلك القدرات الخارقة التي تدفع تكنولوجياتنا نحو الأمام.[1]

تاريخ المواد الذكية:

المواد الذكية هي عبارة عن مواد معدّلة لديها القدرة على تغيير خصائصها تبعًا لتأثير معين تخضع له. المؤثر الخارجي الذي يسلط عليها قد يكون تيارً كهربائيًا، أو مجالاً مغناطيسيًا، أو حرارة، أو إشعاعًا نوويًا.
إنّ عدنا بالوقت لنعرف متى اكتُشفت هذه المواد الذكية فسنرى بأن اكتشافها أتى بوقتٍ قريب إلى حد ما. إذ يعود هذا التاريخ تحديدًا إلى القرن ١٩ على يد الإخوة “كوري”، اللذان اكتشفا أن عدة مواد كالكوارتز، تنتج طاقة كهربائية عند تعرضها لضغط ميكانيكي. وبالمثل بعد عدة سنوات تم اكتشاف بأن هذه المواد تحمل خصائص إزدواجية، بحيث يجعلها التعرض للتيار الكهربائي تتشكل بطريقة معينة. إلا أنَّ التاريخ يخبرنا أن الحضارات القديمة استخدمت هذه المواد ربما دون دراية كبيرة بما تحمله من خصائص وإمكانيات. من المحتمل أن يكون الأمر على سبيل المصادفة. [1-2]

تصنيفات المواد الذكية:

التقسيمات المتعارفة على المواد الذكية والتي توجد لدينا في الوقت الحالي هي كالآتي:

• «المواد الكهروضغطية – The Piezoelectric Materials»: هي عبارة عن مواد معدلة لتعطي استجابة ميكانيكة عند تسليط تيار كهربائي عليها أو حرارة، وعكسيًا يمكنها أن تولّد تياراً كهربائيًا عند تعرضها لأي إجهاد أو انفعال ميكانيكي. خصائصها الإزدواجية تجعلها مرشح جيد لاستخدامها كحساسات «Sensors» ومشغلات ميكانيكية «Actuators». أبرز هذه المواد الكوارتز، و ملح روشيل، و فوسفات الألومنيوم.
  
• «مواد ذاكرة الشكل – Shape Memory Materials»: هي عبارة عن مواد معدلة تغير من شكلها حين يسلط عليها مؤثر خارجي، لتعود إلى حالتها الأصلية عند تسليط حرارة عليها. أبرز هذه المواد هي سبائك ذاكرة الشكل، وبوليمرات ذاكرة الشكل.
  
• «المواد الكهرولونية – Electrochromic Materials»: وهي مواد يتغير لونها حين تعرضها لشحنة كهربائية. هذه المواد تدخل بشكل كبير في صناعة البصريات مثل أكاسيد الفلزات الانتقالية، أبرزها أكسيد الفانديوم الخماسي.
  
• «المواد ذات الحساسية الضوئية – Photochromic Materials»: وهي عبارة عن مواد لديها حساسية عالية للضوء تخضعها لتغيير حالتها حين تعرضها له. ومن أبرزها مواد الألياف الضوئية، وهناك أنواع تمتص الضوء لتعيد توجيهه بتركيز أعلى.
  
• «المواد الكهرومغناطيسية – Electromagnetic Materials»: وهي عبارة عن مواد معدلة صناعيًا لتستجيب جزيئاتها بشكل مختلف حين تعرضها للمجال المغناطيسي. تستخدم هذه المواد في المجالات الإنشائية، والحربية خصوصًا في عملية التدريع كالفولاذ الكربوني.[4-1]

مجالات استخدامها الحالية:

يتراوح استخدام المواد الذكية بين عدة مجالات كالهندسة الإنشائية والمدنية، و الفضاء، و التقنيات الحربية إلى الطب، مرورًا بصناعة الطائرات والمركبات الجوية.

مستقبل المواد الذكية:

إن نظرنا إلى جسم الطائرة التي نستخدمها في الوقت الحالي وإلى مجسم ليوناردو دافنشي للجسم الأمثل للطيران _بغض النظر عن رأي مصممي المركبات الجوية_ سنلاحظ الاختلاف الواسع ما بين النموذجين، بحيث ما يجعل من نموذج دافنشي صعب تحقيقه هي المواد. يمكنك أن تتخيل الآن كم الاختلاف الذي يمكن أن تحدثه المواد الذكية في المستقبل في عالم المركبات وغيرها الكثير من التطبيقات المختلفة في شتى المجالات.

بالرغم من تعدد المجالات التي تستخدم المواد الحديثة حاليًا، إلا أن استخدامنا لها يظل محدودًا للغاية مقارنة بالخصائص التي يمكن أن تمدنا بها، والأسباب تعود إلى تكلفة تصنيعها العالية، والقفزة في مجال النانوتكنولوجي الذي سيسهل من صناعتها؛ حيث لا يزال قيد دراسات واسعة لتطبيق نظرياته على مستوى تجاري واقتصادي كبير. إلا أن الأمر ليس بعيد المدى ربما سيأخذ أقل من ١٠ سنوات لتصبح المواد الذكية قيد الاستخدام غير المحدود سواء بالكميات أو الخصائص وحينها سنشهد قفزة أكبر لم نشهدها من قبل في المحفل التقني.[4]

فكما قلنا بدايةً الحضارة هي المواد والطاقة، والمواد والطاقة هما الحضارة. متى ما تجاوزنا محدوديتهما سيتحقق الكثير مما ظنناه خيالًا، أو ربما ما سنصل إليه هو أبعد من الخيال نفسه.

المصادر:
[1] Smart Structures Theory
[2] minervaconservation
[3]Introduction, Classification and Applications of Smart Materials
[4] Scope of Smart Materials in Future

إنترنت الأشياء IoT

ربما أصبحت جملة إنترنت الأشياء جملًة اعتيادية، فهو مفهوم ليس قادرًا على تغير حياتنا فقط بل هو قادر على تغير طريقة عملنا أيضًا. هناك الكثير من التساؤلات التي أدت إلى الكثير من التعقيدات.
فما هو انترنت الأشياء؟ وهل له تأثير على الإنسان بشكل خاص، وكيف سيؤثر على عملنا؟ وهل هو حقًا الثورة الصناعية الرابعة؟!

مفهوم إنترنت الأشياء

هو مفهوم توصيل أي جهاز طالما أنه يحتوي على مفتاح تشغيل وإيقاف بالإنترنت والأجهزة الأخرى.
إنترنت الأشياء عبارة عن شبكة عملاقة من الأشياء والأشخاص المتصلين وكلهم يجمعون البيانات ويشاركونها.
يتضمن ذلك عددا غير عاديٍ من الأشياء من جميع الأشكال والأحجام من أفران الميكروويف الذكية التي تطهو طعامك لفترة زمنية مناسبة، إلى السيارات ذاتية القيادة التي تكتشف مستشعراتها المعقدة المسار وتحديد الجهات وغيرها.
هو مصطلح يعني ربط كل جهاز بدءًا من جهازك المحمول وصولًا إلى الغسالات حتى آلات صنع القهوة وأي شيء يخطر على بالك الان.

بعض الأمثلة الواقعية

مثلًا يتم ربط ساعة اليد خاصتك بأجهزة الإنارة. مع الوقت تصبح أجهزة الإنارة قادرة على معرفة مواعيد استيقاظك فيتم تشغيل إنارة المنزل بشكل تلقائي دون الرجوع إليك.
وأحيانًا يكون لديك اجتماع مع شركة معينة.
يتم ربط جدول مواعيدك بالسيارة فستكون قادرة على تحديد المسار والمسافة والمدة اللازمة والزحمة وكل شيء تتخيله.
ولو فرضنا جدلًا أن السيارة حددت المسار واكتشفت أنه هناك زحمة.
تلقائيًا أنت ستتأخر عن الموعد فستقوم السيارة بإرسال رسالة إلى الشركة بأنك ستتأخر مدة معينة دون الرجوع إليك وأنت تقود.
لو أسقطنا هذه الأمثلة على جميع الأجهزة، وكان لها القدرة على تحليل المواقف واتخاذ القرارات المناسبة سنكون قادرين على توفير الكثير من الوقت والجهد بشكل حتمي.
فسنكون قادرين على فهم حياتنا وطريقة عملنا بشكل ديناميكي أكثر من خلال ربط كل الأجهزة بالإنترنت.

طريقة عمل إنترنت الأشياء

يتم توصيل الأجهزة ذات المستشعرات المدمجة بمنصة الإنترنت والتي تدمج البيانات من الأجهزة المختلفة مع بعضها، وتطابق جميع التحليلات لمشاركة معلومات مفيدة تلبي احتياجاتك.
فهي تحدد بدقة المعلومات وما يمكن تجاهله منها بأمان.
يمكن استخدام هذه المعلومات لاكتشاف أنماط حياتك وتقديم التوصيات بما يناسبك واكتشاف المشكلات المحتملة قبل حدوثها.

ثورة إنترنت الأشياء

من ثورة المحركات البخارية إلى ثورة محطات الطاقة واختراع المصباح الكهربائي حتى ثورة التكنولوجيا الرقمية، هل نحن مقبلين إلى ثورة صناعية رابعة تحت مسمى إنترنت الأشياء؟
فعليًا قد بدأت عوالم هذه الثورة بالتشكل.
كل شيءٍ يتحول إلى بيانات وتحليلات تنبؤية وروبوتات ستحسن مستقبل الصناعة.

رقمنة الصناعة

تُمكن إنترنت الأشياء الأجهزة من الاتصال وتبادل البيانات في التصنيع.
تربط إنترنت الأشياء العمليات بالآلات بالأنظمة بالأشخاص.
مما يتيح تكاملًا أفضل لعمليات المصنع وتحقيق مستويات أعلى من الإنتاجية والارتقاء بمستوى التصنيع.
معدات المصانع الذكية قادرة على:
منع تأخير الإنتاج وتحسين أداء خط الانتاج.
تقليل وقت تعطل المعدات وزيادة كفاءة عملية الإسراع في إصلاح المعدات.
كلما كانت قاعدة بياناتك أذكى كلما كانت المعدات قادرة على:
تخسين سلامة العمال.
اكتساب ادارة أفضل للقوى العاملة.
زيادة انتاج العاملين وخبراتهم.
التقليل من استهلاك الطاقة في المنشآت والمباني.

المصادر:

[1]forbes

[2]ibm

[3]ibm

مقدمة عن تعلم الآلة

ما هو مفهوم «تعلم الآلة-machine learning»؟

تعلم الآلة هو فرع من فروع «الذكاء الاصطناعي-artificial intelligence» المهتم بجعل أجهزة الكمبيوتر تعمل دون أن تتم برمجتها بشكل صريح. أي يهتم بدراسة خوارزميات التعلم القائمة بشكل أساسي على جعل أجهزة الكمبيوتر تتعلم وتتطور بمفردها دون الحاجة إلى أوامر برمجية محددة وصريحة. بعبارة أخرى، هو الفرع المهتم بجعل الآلة تحاكي عملية التعلم في الإنسان.

الفرق بين خوارزميات تعلم الآلة والخوارزميات التقليدية

الخوارزميات التقليدية تقوم على أخذ المدخلات والأوامر البرمجية في شكل كود، وبناءً على المنطق الخاص بالأوامر البرمجية تقوم بإخراج المخرجات.
أما في حالة خوارزميات تعلم الآلة فإنها تأخذ المدخلات والمخرجات معًا فيما يسمى ب «مجموعة البيانات-data set». وبناءً على مجموعة البيانات هذه تستخرج «نموذج-model» يحتوي على المنطق أو النمط بين مجموعة المدخلات والمخرجات، ويُستخدم هذا النموذج لاحقًا مع مدخلات جديدة للحصول على مخرجات(أو توقعات).

ويمكن توضيح الفرق بينهما في الصورة التالية:

تطبيقات تعلم الآلة

تستخدم خوارزميات تعلم الآلة في المشاكل المعقدة التي يصعب وصف المنطق ورائها مثل تطبيقات «التعرف على الصوت-voice recognition». تستخدم أيضًا مع المشاكل التي تتغير بياناتها بشكل مستمر مثل أنظمة توقع الاتجاه من مبيعات السلع.

ونظرًا لكثرة مجالات استخدام خوارزميات تعلم الآلة فإن تطبيقاتها لا حصر لها.

فيما يلي بعض من هذه التطبيقات:

«محركات التوصية-recommendation engines»

عندما تبحث عن فيلمٍ أو منتجٍ ما، فتجد في اليوم التالي إعلانات لمنتجات مشابهة أو أثناء تصفحك لإحدى مواقع التواصل تجد توصيات لأفلام مشابهة للفيلم الذي بحثت عنه من قبل. هذا ما تفعله محركات التوصية. وتستخدم في عملها بشكل أساسي خوارزميات تعلم الآلة.

«السيارات ذاتية القيادة-self-driving cars»

تهدف الشركات إلى تصنيع سيارات بإمكانها القيادة بأمان دون الحاجة إلى سائق. ويعتمد تصنيع هذه السيارات في الأساس على خوارزميات تعلم الآلة.

الترجمة الفورية

تعتمد الترجمة الفورية على خوارزميات تعلم الآلة، حيث أن سرعتها ومرونة ترجمة النصوص من لغة إلى أخرى بسلاسة تتطلب معالجة سريعة ونموذجًا فعّالًا، وهو ما لا يمكن عمله بالخوارزميات التقليدية.

توقع الأمراض مثل الأزمات القلبية المحتملة

تقوم خوارزميات تعلم الآلة بفحص الملفات الطبية والتاريخ المرضي للمرضى ومن خلال تحليل تلك البيانات تقدّم توقعات عن أزمات القلب المحتملة للمريض. وقد تساعد تلك النتائج في إنقاذ بعض الحالات التي قد يستعصي على الطبيب وحده ملاحظتها وتشخيصها.

تصنيفات تعلم الآلة

تنقسم مناهج تعلم الآلة إلى ثلاث فئات عامة:

«التعلم الخاضع للإشراف – supervised learning»

يعتمد هذا المنهج على تعلم الآلة من بيانات (مدخلات ومخرجات) تدريبية مُصنفة. ومن خلال تحليل هذه البيانات يتم الوصول إلى نموذج يمكن استخدامه لاحقًا مع مدخلات جديدة في تحديد أصناف المخرجات بشكل صحيح.

العنصر المُميز لمنهجية التعلم الخاضع للإشراف هو عنصر التصنيف للبيانات المدخلة، فيسهل على الآلة التعلم والتمييز بين التصنيفات المختلفة. لذلك يتم تسميته بالتعلم الخاضع للإشراف، أي الخاضع للبيانات المُصنفة.

«التعلم غير الخاضع للإشراف – unsupervised learning»

تستخدم هذه المنهجية عندما يصعب تصنيف البيانات المدخلة بشكل مُسبق. فتتعلم الآلة من مجموعة البيانات الغير مصنفة وتقوم هي بتصنيفها بناءً على اكتشاف التشابهات والاختلافات الداخلية للبيانات. لذلك يتم تسميته بالتعلم الغير خاضع للإشراف، أي الغير خاضع للبيانات المُصنفة.

«التعلم المعزز-reinforcement learning»

يختص بكيفية جعل المُبرمَج (الآلة) يتخذ القرار (الاختيار) في بيئة من أجل تعظيم المكافأة الكلية. يختلف التعلم المعزز عن التعلم الخاضع للإشراف بأنه لا يحتاج إلى أي أزواج من المدخلات والمخرجات، ولكن عوضًا عن ذلك، يتم التركيز على الأداء المباشر الذي يُحسن من المكافأة التراكمية.

تاريخ تعلم الآلة

استخدم آرثر صموئيل مصطلح «تعلم الآلة-machine learning» لأول مرة في عام 1959، وهو أمريكي عمل في شركة IBM ورائد في مجال ألعاب الكمبيوتر والذكاء الاصطناعي. في فترة الستينات كان الكتاب التمثيلي لأبحاث تعلم الآلة هو كتاب نيلسون عن آلات التعلم الذي كان يتعامل مع تصنيف الأنماط. واستمر الاهتمام بالتعرف على الأنماط في السبعينات.

في عام 1981، تم تقديم تقرير حول استخدام استراتيجيات تدريس جعلت الشبكة العصبية الاصطناعية تستطيع أن تتعرف على 40 حرفًا (26 حرفًا و10 أرقام و 4 رموز خاصة).

وفيما بعد، قدم توم ميتشل Tom M. Mitchell تعريفًا رسميًا واسع النطاق للخوارزميات التي تمت دراستها في مجال تعلم الآلة. يأتي هذا بعد اقتراح آلان تورينج Alan Turing في ورقته البحثية “الحوسبة الآلية والذكاء” ، حيث استبدل السؤال “هل يمكن للآلات أن تفكر؟” بالسؤال “هل يمكن للآلات أن تفعل ما يمكننا نحن (ككيانات تفكير) القيام به؟”.

واستمر التطور في مجال تعلم الآلة إلى أن وصل إلى شكله الحالي في عصرنا الحاضر. والذي يمكن وصفه باختصار شديد في أنه العلم القائم على جعل الآلة تتعلم.

مصادر

wikipedia
IBM
simplilearn

ما هي أجهزة التنفس الصناعي؟

هي أجهزة تعمل على التهوية الميكانيكية للمريض الذي يُعاني من أمراض تتسبب له في صعوبة أو فشل بالتنفس فيستبدل النفس التلقائي بالنفس الصناعي، ويستخدم في الأونة الأخيرة مع مرضى فيروس كورونا.

لذلك ارتفع الطلب على أجهزة التنفس الصناعي كمحاولة لإنقاذ المرضى المصابة  بفيروس كورونا المستجد، فيعمل الموردون على زيادة الإنتاج بالإضافة إلى طلب الحكومات من الشركات المصنعة والجيش بالمساعدة.

في 6 مارس طُلب من جانلوكا بريتسيوزا رئيس صناع أجهزة التنفس الصناعية من قبل السلطات الإيطالية طلبًا عاجلًا في تلبيه احتياجتهم لأجهزة التنفس الصناعية. وبناءً على ذلك قام 25 تقني من الجيش ومعهم مشرفين إنتاج لإدارة عملية الإنتاج الواسعة والمساعدة في تجميع الآلات. فعادةً يُنتج 160 آلة في الشهر، والهدف الآن للإنتاج النهائي 2000 جهاز صناعي لكل أربعة أشهر. كما أضاف المسؤول التنفيذي أن الشركات المنتجة لا يمكنها تلبيه الاحتياج الهائل من الأجهزة، لأنها تنتمى إلى الصناعات المتخصصة.

تحتفظ المجموعة العالمية الهندسية سيرا بركن هادىء في مجال صناعة المعدات الطبية في إيطاليا، والتي وجدت نفسها الآن في الخط الأمامي لمواجهة أكبر أزمة صحية في القرن الناتجة من فيروس كورونا سريع الانتشار والذي يتسبب في صعوبة بالتنفس وحدوث التهاب رئوي في الحالات الشديدة.

يتعرض صانعو أجهزة التنفس الصناعي لضغط شديد لزيادة الإنتاج حتى مع عرقلة الجائحة لنقل المعدات الحيوية مثل الخراطيم والصمامات والمحركات والإلكترونيات، والتي تأتي من الصين مصدر تفشي الجائحة التي أودت بحياة 10000 حول العالم. ووسط النقص  تتجه الحكومة بمساعدة من الجيش والشركات المصنعة الأخرى محاولتها في الطباعة ثلاثية الأبعاد على أمل تكثيف إنتاج آلات التنفس التي من المحتمل أن تنقذ الحياة. كما طور فريق من الأطباء بإيطاليا طريقة لتوفير الأكسجين لشخصين من جهاز تنفس واحد، وبالتالي مضاعفة القدرة على الاستخدام.

وقد أضاف من بريطانيا رهولديب طبيب استشاري في طب الجهاز التنفسي والرعاية الحرجة: “يُقدر معدل الوفيات بين مرضى الرعاية الحرجة من 50 إلى 60% ، وإذا كان المريض المصاب يعاني من أمراض خطيرة ولا يحصل على جهاز التنفس الصناعي، يموت في غضون ساعات قليلة”

ومن إيطاليا إلى سويسرا

تتوقع شركة هاميلتون ميديكال أي جي وهي واحدة من أكبر شركات تصنيع أجهزة التنفس الصناعي ومقرها سويسرا زيادة انتاجها إلى ما يقرب من 21000 جهاز تنفس في هذا العام، بنسبة زيادة 15000 جهاز عن العام السابق، ولكن مع زيادة الطلبات على الأجهزة تواجه الشركة قرارات صعبة بشأن إلى أين ترسلها. وقال الرئيس التنفيذي للشركة، أن الأولوية تُعطى للدول التي في حاجة ماسة للغاية لاستخدام الأجهزة، وبالفعل أُرسل 400 جهاز في الأسبوع الماضي إلى إيطاليا، ومن المتوقع إرسال شحنة أخرى لها، إلا أن ذلك جعله يرفض طلب حكومات أخرى مما أدى إلى تهديده من قبل دولة واحدة بوضعه في القائمة السوداء. وأضاف : “نحن نحاول عدم التصدير للدول التي تُخزن احتياطاتيها من الأجهزة، حتى يتمكنوا من الاستعداد، إنما نساعد من هم في حالة طوارىء شديدة للغاية”

وتقول الشركات المنتجة حول العالم أن الطلب على الأجهزة وصل أقصاه من الصين، كما تزايد عليه من دول أخرى مثل إيطاليا وأماكن أخرى في أوربا مثل الولايات المتحدة الأمريكية لتزايد أعداد الحالات المصابة مع استمرار انتشار الفيروس الذي أصاب ما يقرب من ربع مليون حالة.

الاختنافات ومواجهة العالم لها

تعاني ايطاليا الآن من تفشي الفيروس ونتيجة لذلك تعاني أيضًا من نقص حادِ بأجهزة التنفس الصناعي بالإضافة إلى نقص في الطاقم الطبي، إلا أن مسؤول باسم وزارة الدفاع الإيطالية صرح بأن أول منتج من عمل فنيي الجيش سوف يصدر يوم السبت القادم. اشترت أيضًا الحكومة الإيطالية ما يقرب من 4000 من أصل 5000 وحدة من أجهزة التنفس الصناعي وغيرها من المعدات من ألمانيا والتي قد طرحتها في وقت سابق من هذا الشهر,  يصل عدد الأجهازة في المستشفيات قبل تفشي الفيروس 20000 جهاز، ومع ظهور الجائحة طلبت الحكومة شراء 10000 جهازًا من شركة  draegerwerk  وهو ما يعادل الانتاج الطبيعي لمدة عام من الشركة.

وأيضًا تضاعف الطلب من فرنسا فبعد أن كان احتياجها السنوي من الأجهزة يتراوح ما بين 1000 إلى 1500 جهاز قد ارتفع إلى مئات في أسبوع. وتكمن العقبة في الحصول على الأجزاء اللازمة للجهاز في الوقت الحالي، خاصة بعد غلق بلدان حدودها مع اتخاذ خطوات في حماية مخزونها من الأدوات الطبية. وصرح مسؤول من شركة هاملتون ميديكال إن السلطات الرومانية أوقفت في الأسابيع الأخيرة شحنة من خراطيم الأجهزة التي تصنعها شركته في مصنع هناك على أساس أنها قد تكون معدات طبية مهمة. وقال فيلاند إنه بحاجة إلى تدخل القنصلية السويسرية في رومانيا قبل أن يسمح مسؤولو الجمارك بخروجها.

أمّا عن السويد فقد صرح الرئيس التنفيذي أن السويد واجهت تجارب من الاختناقات بين الموردين تمكنت من حلها جزئيًا بمساعدة السياسيين، وأنها تخطط لزيادة الانتاج بنسبة 60% عن العام الماضي، وقال مدير مشتريات بالصين، إن الشركة المصنعة للأجهزة الطبية  تعتمد على الواردات من دول تشمل سويسرا والولايات المتحدة وهولندا للحصول على المكونات الرئيسية مثل الصمامات لصنع أجهزة التنفس. لكن الموردين الدوليين للشركة واجهوا صعوبات خلال التفشي العالمي في الحصول على بعض الأجزاء الأساسية لإنتاج المكونات التي تحتاجها.

 صناع السيارات يواجهون الأزمة

تقوم بعض الدول، بما في ذلك إيطاليا وبريطانيا والولايات المتحدة، بتهييء شركات صناعة السيارات وشركات صناعة الطيران لزيادة إنتاج أجهزة التنفس الصناعية. حيث تأمل السلطات أن يتمكن المصنعون الكبار من إعادة استخدام بعض المصانع واستخدام خبرات التصميم الرقمي، بما في ذلك الطباعة ثلاثية الأبعاد، لتعويض النقص المتوقع في الأجهزة الطبية الحيوية. وفي بريطانيا لجأت الحكومة إلى جهات تصنيع أخرى. فتبحث مجموعة ماكلارين، وهي مجموعة مخصصة لصناعة السيارات الرياضية، في كيفية تصميم نسخة بسيطة من جهاز التنفس الصناعي. كما تعمل شركة نيسان لدعم منتجي أجهزة التنفس الصناعي الحاليين. وقالت بريطانيا يوم الجمعة الماضي، إن الشركات الهندسية توصلت إلى نموذج أولي لجهاز التنفس للطوارئ يمكن الموافقة عليه الأسبوع المقبل.

 التغلب على حواجز الحدود

قال الرئيس التنفيذي لشركة صناعة أجهزة التنفس الصناعي الأمريكية  ResMed   أنه تم إعادة تجميع الأدوات بعيدًا عن انتاج أجهزة أخرى إضافية لتلبية الاحتياجات المتضاعفة لأربع مرات عن الطبيعي. وقالت نانسي فوستر نائبة الرئيس في الولايات المتحدة، إن المستشفيات تفكر في إعادة استخدام أجهزة تنفس قديمة، والتي لا تزال تعمل لكنها تم التخلي عنها لأنها لا تتصل بأنظمة البيانات الإلكترونية الحديثة، بينما تبرعت وزارة الدفاع الأمريكية بـ 2000 جهاز تنفس من جمعية المستشفيات الأمريكية.  وبحسب بحث أعده مركز جونز هوبكنز الصحي، فإن الولايات المتحدة لديها معدات لتوفير التنفس الصناعي لحوالي 160 ألف شخص. وهذا يشمل ولاية نيويورك، التي تتطلع إلى إضافة ما يقرب من 5000 إلى 6000 جهاز، إلا أن الرقم هذا لا يلبي سوى خُمس الطلب المحتمل. وقال رئيس صناع أجهزة التنفس المحمولة بواشنطن: “لا أحد يعلم مدى الاحتياج المحلى للأجهزة مع سوء تفشي كوفيد 19 وسنركز على إمدادتنا بالأجهزة، حتى الحصول على لقاح يُنقذ الأرواح”

المصدر: World Economic Forum

انظر أيضًا: باحثة مصرية تطور اختبار الكورونا المستجد في جونز هوبكينز