خلق الیاف پایدار با کارایی بالا توسط هوش مصنوعی

به گزارش سرویس اطلاع‌رسانی نساجی امروز،  پلتفورم بیوتکنولوژی سولنا متریالز با استفاده از هوش مصنوعی الیاف پایدار و با کارایی بالا خلق کرده است. این شرکت که در لندن واقع شده، با استفاده از مدل های یادگیری عمیق تخصصی خود موفق به توسعه الیافی با کارایی بالا شده که دارای منابع نفتی نمی باشد و زیست تجزیه پذیر است. برای تولید یک پروفایل پروتئینی که قادر باشد این ویژگی ها را برروی سطح ایجاد کند از هوش مصنوعی استفاده شده است.

الیاف تولید شده توسط سولنا متریالز می توانند جایگزینی برای الیاف مصنوعی و طبیعی باشند. این پلتفورم در سال 2022 و به عنوان یک اسپین-اوت از کالج سلطنتی لندن تاسیس شده است تا فناوری توسعه یافته توسط دکتر جیمز مک دونالد، پروفسور میلو شافر و پروفسور پاول فریمونت را تجاری سازی کند.

دکتر مک دونالد، موسس و مدیرعامل شرکت می گوید: "کمپانی سولنا با تشخیص هزینه های زیست محیطی مواد اولیه متداول و سنتی، پلتفورم مواد اولیه زیست پایه منحصر به فردی را ایجاد کرده است که به طور محاسباتی پروتئین های جدید و سفارشی را طراحی و با استفاده از آن ها الیاف با کارایی بالا و پایدار را تولید می کند."

این پلتفورم انگلیسی در حال حاضر سرمایه اولیه را در مرحله پیش بذری تا 1/3 میلیون یورو افزایش داده و قراردادهایی را با برندهای مطرح مد امضا کرده است. مک دونالد می گوید: "ما برای توسعه مواد اولیه سفارشی مطابق با نیازهای خاص همکاری نزدیکی را با شرکای خود داشته ایم. ما با به کارگیری پلتفورم پیشرفته طراحی پروتئین خود خصوصیات مختلفی را در الیاف برای مقاصد مختلف ایجاد کرده ایم. رویکرد مشارکتی ما این اطمینان را حاصل می کند که مواد اولیه تولید شده مطابق با اهداف تعیین شده برای کارایی و پایداری آن ها بوده و در عین حال کیفیت منحصر به فردی داشته باشد."

چگونگی استفاده از هوش مصنوعی

کمپانی سولنا با استفاده از هوش مصنوعی و مدل سازی ملکولی موفق به توسعه توالی جدیدی از پروتئین برای خلق الیاف با خواص مکانیکی سفارشی، بهینه سازی استحکام، زیردست و زیست تجزیه پذیری شده است. این پروتئین ها به شیوه ای موثر و با استفاده از تخمیر میکروبی بر روی مواد اولیه غیرنفتی تولید می شوند.

پس از آن پروتئین های تصفیه شده در محلول های آبی طی فرایند ترریسی به الیاف تبدیل می شوند. در طول این فرایند پروتئین ها در سطح ملکولی تراز می شوند و الیافی را با عملکرد و دوام بالا ایجاد می کنند.

پروتئین های سولنا را می توان با استفاده از ربات های مخصوص جابجایی مایعات در مقادیر کوچک و  به صورت موازی تولید کرد. شرکت سپس از روش تخصصی خود برای تست سریع عملکرد مواد اولیه بر روی پروتئین ها در یک مقیاس کوچک استفاده می کند. از داده های حاصل برای تهیه کردن داده های مربوط به آموزش استفاده می شود تا مدل های یادگیری عمیق شرکت هرچه بیشتر ارتقا پیدا کند و از آن برای خلق پروتئین استفاده شود.

مک دونالد می گوید: "بر خلاف روش های متداول که محدود به تعداد کمی ملکول های شناخته شده می باشند، سولنا از پلفورم اختصاصی خود برای غربالگری با کارایی بالا استفاده می کند تا بتواند صدها ملکول پروتئینی جدید را به سرعت تست کرده و پروتئین های با ویژگی های بهینه برای کاربردهای خاص را شناسایی کند. "

بزرگ ترین چالش شرکت ارتقای مقیاس این فرایند از سطح آزمایشگاهی به صنعتی بوده است که نیازمند سرمایه گذاری قابل ملاحظه ای در زمان و منابع می باشد. با این حال به گفته مک دونالد نتیجه به دست آمده که یک سیستم موثر و مقیاس پذیر برای تولید پروتئین های سفارشی با پتانسیل بی نظیر برای خلق مواد اولیه پایدار می باشد، به شدت ارزش این سرمایه گذاری را دارد.

او گفت که پیش از استفاده از هوش مصنوعی ، تکیه او بر مدل های بر پایه فیزیک بوده است و از میدان های نیرو برای مدل سازی ساختارهای پروتئینی استفاده می کرده است. این فرایند به شدت نیازمند محاسبات و محدود بوده است. روش به کارگیری هوش مصنوعی توسط سولنا متریالز امکان نمونه برداری و ارزیابی موثرتر ملکول های جدید و کشف فضاهای توالی گسترده و شناسایی موارد با کارایی بالا با سرعتی غیرمنتظره را فراهم می کند.

محصول نهایی سولنا متریالز

به گفته مک دونالد الیاف تولید شرکت از کارایی و دوام بالایی برخوردار هستند. او این گونه شرح می دهد: "سختی این الیاف از نایلون 66 و کولار 49 بیشتر است و در عین حال از زیردست بسیار نرم و رطوبت بازیافتی بالایی برخوردارند که باعث افزایش راحتی می شود. علاوه بر آن می توان الیاف جدید را با درخشندگی های مختلفی تولید کرد که آن ها را برای استفاده در کاربردهای مختلف مناسب می سازد بدون این که در عملکرد آن ها خدشه ای وارد شود."

هرچند که آزمایشات بر روی این الیاف همچنان در حال انجام می باشد اما شرکت از نتایج اولیه به دست آمده در رابطه با ثبات شستشویی، ثبات سایشی و ثبات نوری راضی است. آن ها عقیده دارند که الیاف جدید برای استفاده در نساجی مناسب است و به خوبی رنگ را به خود می گیرد. این الیاف را می توان به روش دوپ دایینگ(رنگ کردن مذاب پلیمری از طریق مستربچ) رنگ کرد که به گفته مک دونالد باعث بهبود ثبات آن در برابر عوامل مختلف می شود.

چشم انداز رو به جلو

کمپانی سولنا متریالز موفق به دریافت کمک هزینه تحقیق و نوآوری انگلستان برای متحول کردن بازار مواد اولیه پایدار با همکاری مرکز نوآوری فرایند شده است. تمرکز این پروژه بر روی افزایش مقیاس تولید پروتئین و توسعه روش های نوآورانه و اقتصادی برای تولید نسل جدیدی از مواد اولیه بر پایه پروتئین می باشد.

مک دونالد گفت: "هدف از این شراکت توسعه فرایندهای زیستی پیشرفته شامل بهینه سازی سویه، پردازش بالادستی/پایین دستی به منظور ایجاد امکان تولید موثر و مقیاس پذیر پروتئین های سفارشی شرکت است."

او اضافه کرد که در آینده هوش مصنوعی به طرز باورنکردنی در بخش های مختلفی کاربرد خواهد داشت. برای مثال می توان از آن در بهینه سازی زنجیره های تامین، کاهش ضایعات و بهبود مدیریت انبار بهره گرفت. مک دونالد اضافه کرد که ممکن است در پیش بینی ترندها و کمک به طراحان با ابزارهای خلاقانه نیز از هوش مصنوعی استفاده کرد. ما شاهد این بوده ایم که چگونه هوش مصنوعی در علم مواد که سولنا در آن فعالیت می کند و تخصص دارد، با ایجاد امکان طراحی مواد اولیه جدید در سطح ملکولی باعث تسریع در نوآوری شده است.

با این حال در حال حاضر سولنا متریالز تمرکز خود را بر روی افزایش مقیاس تولید آینده دارترین پروتئین های خود برای مقاصد صنعتی گذاشته است. مک دونالد می گوید: "ما در حال حاضر به عنون یک تیم کوچک در حال کار با منتخبی از مشتریان و محصولات هستیم اما با رشد پایگاه داده ای اختصاصی شرکت، درک ما نیز از نحوه تاثیرگذاری ملکولهای پروتئینی مختلف بر روی خواص مواد اولیه بیشتر می شود."

رشد و گسترش پایگاه داده ای همچنین به رشد گستره الیاف برای رفع نیازهای کاربردی مختلف در بخش منسوجات فنی و پوشاک کمک می کند.

او ادامه داد: "چشم انداز بلندمدت ما رهبری یک تغییر پاردایم در صنعت نساجی و ثبت الیاف بر پایه پروتئین به عنوان استانداردی جدید برای تولید مواد اولیه پایدار و با کارایی بالا می باشد."