توسعه زیرساخت ملی علم داده نانومواد در امیرکبیر؛ انتشار نسخه دوم کتابخانه پایتون بومی

پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر در راستای هوشمندسازی تحقیقات مواد پیشرفته، پروژه‌ای ملی را با هدف توسعه یک کتابخانه علمی متن‌باز پایتون در حوزه مهندسی مواد و نانوساختارها تعریف کرده‌اند که قرار است زیرساخت نرم‌افزاری بومی مبتنی بر داده‌های نانویی را در کشور پایه‌ریزی کند. این پروژه با عنوان «توسعه مواد نانویی پیشرفته با بهره‌گیری از علم داده» به مدیریت دکتر مالک نادری، عضو هیات‌علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، از سال گذشته آغاز شده است.

ضرورت ایجاد زیرساخت نرم‌افزاری بومی

نبود ابزارهای تحلیلی یکپارچه و بومی برای مهندسان و پژوهشگران ایرانی، همواره مانعی جدی در مسیر بهره‌برداری مؤثر از داده‌های علمی برای توسعه صنعتی بوده است. در راستای سیاست‌های کلان برای پیوند میان فناوری داده، هوش مصنوعی و علم مواد، این پروژه تعریف شده است تا نقطه شروعی برای ایجاد زیرساخت‌های نرم‌افزاری بومی در حوزه مهندسی مواد و نانوساختار به‌شمار رود.

هدف اصلی این طرح، توسعه یک کتابخانه علمی متن‌باز پایتون است که پژوهشگر می‌تواند تنها با یک خط کد، تحلیل داده‌های مواد، تبدیل‌های مهندسی و مدل‌های یادگیری ماشین را در دسترس داشته باشد. این اقدام، نخستین گام برای ایجاد زیرساخت نرم‌افزاری بومی در علم مواد مبتنی بر داده‌های نانویی است و می‌تواند مبنای شکل‌گیری یک پایگاه داده ملی آنالیزی برای تحقیقات آینده کشور باشد.

جزئیات فنی و زمان انتشار نسخه دوم

این کتابخانه علمی، مجموعه‌ای از ماژول‌های محاسباتی و تحلیلی است که بر ثابت‌های علمی مواد، تبدیل‌های مهندسی، توابع داخلی و تحلیل داده‌های تجربی و شبیه‌سازی‌شده تمرکز دارد. هم‌اکنون نسخه ابتدایی این کتابخانه در بستر جهانی PyPI (مخزن رسمی کتابخانه‌های پایتون) همراه با مستندات جامع به زبان انگلیسی منتشر شده است.

در آبان ماه ۱۴۰۴، نسخه دوم این کتابخانه جایگزین نسخه ابتدایی خواهد شد. هدف از این به‌روزرسانی، گسترش طیف وسیعی از تحلیل‌ها، اتصال به دیتابیس‌های بیشتر و ارائه مستندات کامل به زبان فارسی است.

چهار ماژول کلیدی سامانه نرم‌افزاری

سامانه نرم‌افزاری توسعه‌یافته دارای چهار ماژول کلیدی است که هر یک بخش مهمی از نیازهای پژوهشی در حوزه نانومواد را پوشش می‌دهند:

• ماژول ثابت‌های مرتبط با نانومواد

  این ماژول شامل بیش از ۵۰۰ ثابت فیزیکی و مهندسی مربوط به نانومواد و ۲۵ کلاس پایه برای تعریف ساختار نانوساختارهای صفر، یک و دوبعدی متداول است. همچنین ابزار تحلیل بیش از ۴۰ دستگاه آزمایشگاهی در این بخش گنجانده شده است.

• ماژول تحلیل داده‌های آزمایشگاهی و اتصال به پایگاه‌های جهانی

  این بخش قابلیت اتصال مستقیم به پایگاه‌های داده بین‌المللی مهمی چون Crystallography Open Database (COD)، NIST، AFLOW و Materials Project را فراهم می‌کند. علاوه بر این، از داده‌های داخلی آزمایشگاه گام‌ (GAM Lab) نیز پشتیبانی می‌شود.

• ماژول یادگیری ماشین برای نانومواد

  الگوریتم‌های یادگیری تحت نظارت برای پیش‌بینی رابطه‌ میان پارامترهای فرایند، ساختار و خواص فیزیکی ـ شیمیایی مواد (مانند رسانایی، هدایت گرمایی یا مقاومت مکانیکی) در این بخش تعبیه شده‌اند. همچنین از روش‌های یادگیری بدون نظارت برای خوشه‌بندی و تشخیص الگو در داده‌های بزرگ (مانند طیف‌های رامان یا داده‌های پراکندگی نوری) استفاده می‌شود.

• ماژول تبدیل‌ها و توابع مهندسی

  این ماژول ابزارهای محاسباتی عمومی مورد نیاز در تحلیل‌های مهندسی مواد را فراهم می‌کند. این ابزارها شامل تبدیل‌های واحد، محاسبات ترمودینامیکی، و روابط بین اندازه دانه، انرژی سطحی، چگالی و ضریب نفوذ است.

چشم‌انداز ایجاد پایگاه داده ملی

این پروژه زیرساختی حیاتی برای ایجاد یک پایگاه داده ملی آنالیزی محسوب می‌شود. با استفاده از این کتابخانه، داده‌های تولیدشده در مراکز تحقیقاتی داخلی می‌توانند در قالبی استاندارد و قابل تحلیل ذخیره و بازیابی شوند. توسعه آتی این کتابخانه می‌تواند به همگرایی داده‌های نانوفناوری کشور و تقویت همکاری‌های علمی بین‌المللی منجر شود.