دانشمندان تراشه‌ هوش مصنوعی برای شناسایی نشانه‌های حیات در سیارات دیگر ساختند

تراشه چگونه نشانه‌های حیات را شناسایی می‌کند؟

اسیدهای آمینه، مولکول‌های سازنده پروتئین‌ها، در دو شکل آینه‌ای به نام‌های L و D وجود دارند. این دو شکل از نظر ترکیب شیمیایی یکسان‌اند، اما آرایش فضایی متفاوتی دارند؛ تفاوتی که در علم شیمی با مفهوم «کایرالیته» یا دست‌سانی شناخته می‌شود.

حیات روی زمین عمدتاً از اسیدهای آمینه نوع L برای ساخت پروتئین‌ها استفاده می‌کند. در مقابل، فرایندهای غیرزیستی می‌توانند مخلوط‌هایی از هر دو شکل ایجاد کنند. به همین دلیل، بررسی نسبت اسیدهای آمینه L و D در یک نمونه می‌تواند سرنخی درباره منشأ آن باشد؛ هرچند این نسبت به‌تنهایی اثبات‌کننده وجود حیات نیست.

تراشه جدید برای تشخیص این تفاوت از فاصله‌ای بسیار کوچک میان دو سیم نانومقیاس طلا استفاده می‌کند. هنگامی که مولکول‌ها از این فاصله عبور می‌کنند، جریان الکتریکی تونلی میان دو الکترود تغییر می‌کند. سپس الگوریتم یادگیری ماشین، الگوهای ثبت‌شده را تحلیل می‌کند تا شکل مولکول را تشخیص دهد.

دقت بیش از ۸۰ درصد؛ نتیجه آزمایش اولیه

پژوهشگران اعلام کرده‌اند که ترکیب روش اندازه‌گیری جریان تونلی با هوش مصنوعی توانسته است شکل‌های L و D اسیدهای آمینه را با دقت بیش از ۸۰ درصد تشخیص دهد. این نتیجه نشان می‌دهد که شناسایی مولکول‌ها در مقیاس تک‌مولکولی با روشی الکتریکی امکان‌پذیر است.

تیم تحقیقاتی همچنین این روش را روی نمونه‌های طبیعی آزمایش کرده است؛ از جمله مواد استخراج‌شده از شهاب‌سنگ مورچیسون در استرالیا و نمونه‌های خاک صحرای آتاکاما در شیلی. نتایج اولیه با روش‌های تحلیلی رایج مقایسه شدند و پژوهشگران گفتند روش جدید توانسته است ویژگی‌های اصلی ترکیب اسیدهای آمینه را ثبت کند.

با این حال، این آزمایش‌ها به معنای کشف حیات فرازمینی نیستند. شهاب‌سنگ مورچیسون و خاک آتاکاما نمونه‌هایی برای ارزیابی عملکرد ابزار هستند و نتایج آن‌ها وجود موجودات زنده در خارج از زمین را تأیید نمی‌کند.

چرا این تراشه از تجهیزات آزمایشگاهی اهمیت دارد؟

روش‌های متداول تشخیص شکل مولکول‌ها، از جمله کروماتوگرافی مایع همراه با طیف‌سنجی جرمی، به تجهیزات نسبتاً بزرگ و مراحل آماده‌سازی متعدد نیاز دارند. چنین سامانه‌هایی برای آزمایشگاه‌ها مناسب‌اند، اما کوچک‌سازی آن‌ها برای استفاده در فضاپیماها و مریخ‌نوردها چالش‌برانگیز است.

تراشه جدید می‌تواند این فرایند را ساده‌تر کند؛ زیرا به اندازه‌گیری سیگنال‌های الکتریکی مولکول‌ها متکی است و برای آزمایش به تعداد کمتری از مولکول‌ها نیاز دارد. در صورت توسعه بیشتر، چنین فناوری‌ای ممکن است امکان ساخت ابزارهای کوچک‌تر و کم‌حجم‌تر برای تحلیل نمونه‌های فضایی را فراهم کند.

آیا این تراشه می‌تواند حیات بیگانه را روی مریخ پیدا کند؟

فعلاً نه به‌صورت مستقل و نه از فاصله دور. این دستگاه باید ابتدا به نمونه‌ای از خاک، سنگ، یخ یا مواد دیگر دسترسی پیدا کند تا بتواند ترکیبات شیمیایی آن را بررسی کند. بنابراین، تراشه یک آشکارساز از راه دور نیست و به سامانه‌ای برای جمع‌آوری و آماده‌سازی نمونه نیاز خواهد داشت.

یکی از چالش‌های اصلی نیز توانایی شناسایی مولکول‌هایی است که الگوریتم پیش‌تر با آن‌ها آموزش ندیده است. در محیط‌های ناشناخته فضایی، ترکیبات شیمیایی ممکن است با نمونه‌های آزمایشگاهی تفاوت داشته باشند و همین موضوع می‌تواند دقت تشخیص را کاهش دهد.

پژوهشگران برای تبدیل این فناوری به ابزاری مناسب مأموریت‌های فضایی، به آزمایش‌های بیشتر و بهبود روش تحلیل داده‌ها نیاز دارند. در صورت موفقیت، تراشه می‌تواند در آینده روی کاوشگرهای بدون سرنشین نصب شود و به بررسی نشانه‌های احتمالی حیات در سیارات و قمرهای منظومه شمسی کمک کند.

گام تازه‌ای در جست‌وجوی حیات فرازمینی

اهمیت این پژوهش در آن است که راهی کوچک‌تر برای تشخیص شکل مولکول‌ها در مقیاس تک‌مولکولی ارائه می‌کند. این روش هنوز به ابزار آماده استفاده در مأموریت‌های فضایی تبدیل نشده، اما می‌تواند پایه‌ای برای ساخت تجهیزات شیمیایی جمع‌وجورتر باشد.

اگر دانشمندان بتوانند دقت آن را در نمونه‌های پیچیده و ناشناخته افزایش دهند، چنین تراشه‌ای ممکن است یکی از ابزارهای آینده برای بررسی نشانه‌های حیات در جهان باشد؛ با این تفاوت مهم که شناسایی یک نشانه شیمیایی مشکوک، همچنان به بررسی‌های تکمیلی نیاز خواهد داشت.

منابع