بقلم ديفيد مورفي، أخبار جامعة الملك عبدالله

انتخب البروفيسور أندريا فراتالوكي، الأستاذ المشارك في قسم العلوم والهندسة الحاسوبية والكهربائية والحسابية في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست)، زميلاً للجمعية البصرية OSA، وذلك خلال اجتماع مجلس إدارة الجمعية، الذي عقد في سبتمبر الماضي.

وتعدّ الجمعية البصرية OSA، التي تأسست في 1916، الرابطة المهنية الرائدة في مجال البصريات والضوئيات. وبزمالته، ينضم فراتالوكي إلى مجموعة متميزة من أعضاء الجمعية، الذين أسهموا بامتياز في تقدم علوم البصريات والضوئيات.

ووفقاً لبيان الجمعية، حصل فراتالوكي على هذا التكريم نظير ابتكاراته الرائدة في مجال استخدام الأنظمة البصرية المعقدة، وتطوير التقنيات الإبداعية في جمع الطاقة النظيفة، والتصوير الحيوي، والمواد البصرية المتقدمة.

وقد مُنحت هذه الزمالة، إلى حدّ كبير، لقاء نتائج البحوث التي أنتجها فراتالوكي على مدى العقد الماضي في كاوست، والتي حصدت حتى الآن تمويلاً قوياً واهتماماً كبيراً من وسائل الإعلام والصناعة، كما جذبت مجموعة واسعة من الطلاب والمتعاونين إلى مجموعته البحثية.

يقول فراتالوكي: "إنه لشرف كبير أن يتم الاعتراف بي وبأعمالي من خلال هذه الزمالة. لقد حصدت بحوثي في كاوست ردود فعل قوية، أسهمت في إحداث التأثير والاعتراف الضروريين للحصول على الزمالة. إن جمعيّة OSA تمثّل مجتمعاً رائداً عالمياً في مجال البصريات والضوئيات، كما أن الحصول على هذا التقدير من زملائي يبعث على الرضا والفرح الشديد".

البروفيسور أندريا فراتالوكي، الأستاذ المشارك في جامعة الملك عبدالله. صورة وهو يعمل في مختبره الجامعي. يرأس فراتالوكي مجموعة أبحاث برايملايت لاب. المصدر: كاوست

علوم التعقيد

منذ انضمامه إلى جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية في 2011، قادماً من جامعة سابينزا في روما في إيطاليا، كزميل ما بعد الدكتوراه، كرس فراتالوكي نفسه للتقدم في مجال الفيزياء والهندسة، وفي الأونة الأخيرة لدراسة التعقيد التطبيقي. وتحاول هذه الصيغة الجديدة من البحوث فهم النظم الفيزيائية المعقدة ، التي ينظمها عدد كبير من درجات الحرية المتفاعلة وتحويلها إلى تقنيات مختلفة.

يتميز هذا النهج بالسمة اللاخطية، على عكس آلية "السبب والنتيجة" التقليدية أو التفكير الخطي. وتشمل أمثلة التعقيد التطبيقي على نظرية الفوضى، والأحداث النادرة، ووظائف الدماغ، والمحاكاة الطبيعية والتمويه، وديناميات الحشود التعاونية، والذكاء، وغير ذلك.

يلاحظ فراتالوكي قائلاً: "على الرغم من ذلك، في بعض الحالات، يبدو أن تطور هذه الأنظمة تمليه تفاعلات بسيطة نسبياً، كالخلايا العصبية التي ترسل محفزات كهربائية إلى أقرب المستقبلات العصبية المجاورة، ذات تأثيرات ناشئة متقدمة ومتطورة، ولها قاسم مشترك: الكفاءة القصوى والاستدامة".

ويتابع فراتالوكي: "أريد أن أفهم الأصل المادي لهذه السلوكيات وتحويلها إلى تقنيات مستدامة تعالج المشاكل المعاصرة ذات الاهتمام العالمي، بدءاً من حصد الطاقة وإنتاج المياه النظيفة، وتصميم المواد الذكية، والتطبيقات الطبية الحيوية، وأمن المعلومات، والذكاء الاصطناعي، والاحتباس الحراري وما إلى ذلك"

أعضاء مجموعة بحوث مختبر برايملايت لاب، الخاصة بالبروفيسور أندريا فراتالوكي (الصورة) يعملون على مجموعة كبيرة من المشاريع في الجامعة. الصورة بعدسة أندريا باخوفن إخت.

"قفزة كبيرة في العلوم"

ينهمك أفراد فريق فراتالوكي الأعضاء في مجموعة أبحاث مختبر برايملايت Primalight Lab، بتطوير مجموعة من المشاريع، تتراوح من تحقيق تقنيات الطباعة الليزرية الجديدة التي تستخدم الضوء فقط من دون أصباغ، إلى المواد المسطحة الجديدة عالية الأداء لهندسة واجهة الموجة، والمصممة عبر تقنيات الذكاء الاصطناعي.

كما يعمل الفريق أيضاً على إيجاد شرائح عصبية جديدة تعمل بالكامل من خلال الذكاء الاصطناعي، وتستند على مفهوم جديد هو "التعلم الشامل".

يوضح فراتالوكي قائلاً: "تكاد لا تحتوي هذه الشرائح على أسلاك كهربائية، وهي تكتب بنفسها البرنامج المطلوب لمعالجة مشكلة معينة، باستخدام قدر ضئيل من الطاقة. ويمكنها أداء وظائف لا يمكن لأفضل وحدة معالجة مركزية حالية أداؤها، وبسرعة ضوئية فائقة. نحن بصدد اختبار النموذج الأولي، ونحن متحمسون للغاية لرؤيته قيد التنفيذ".

يتمثّل الهدف الشامل في بحوث فراتالوكي المستقبلية في فهم فيزياء النظم المعقدة. وهو يعتقد أنَّ المفتاح لإجراء قفزة كبيرة في تطوير تقنيات المستقبل في العديد من المجالات، يكمن في فهم فيزياء النظم المعقدة.

أعضاء مجموعة بحوث مختبر برايملايت لاب (من اليسار إلى اليمين) مكسيم مكارينكو، نينغ لي، ورضا الإبراهيم، يعملون في المختبر. الصورة بعدسة أندريا باخوفن إخت.

ويقول: "يمكن لبعض الأمثلة على النظم المعقدة أن توضح هذا الأمر بسهولة: كل خلية عصبية في
الدماغ تُبدّد أقل من 1 نانو وات، وهذه الطاقة هي واحد من مليون من تلك التي يبددها أكثر الترانزستورات المتطورة التي تصنع اليوم".  ويضيف: "بعض الرخويات مازالت أكثر تقدماً من المواد النانوية الأكثر تطوراً اليوم؛ وهي أيضاً تتغير ديناميكياً، على عكس أفضل الهياكل التي صنعها الإنسان. ويطور الأطفال من البشر قدرات لغوية عفوية وأفكاراً معرفية، يتعذر حتى الآن أن تجاريها أي من منصات التكنولوجيا الأكثر تقدماً المتوفرة".

ويتابع فراتالوكي قائلاً: "لقد صُمّمت جميع هذه الأنظمة بلغة يطلق عليها اللغويّون اسم 'التهجئة اللاخطية'، ما يمنح هذه الأنظمة قوة لا تصدق، وقابلية للتوسع، وكفاءة واستدامة. أؤمن أنّ في فهم هذه الأنظمة، أو في تطوير 'تهجئة لاخطيّة' جديدة لتصميم التقنيات، يكمن المفتاح السري الذي يمكن أن يُتيح قفزة كبيرة، في تقدم العلوم"."