كيف تتفاعل الموجات الكهرومغناطيسية مع الأجهزة

تم تطوير طرق فعالة لمحاكاة تفاعل الموجات الكهرومغناطيسية مع الأجهزة، وهذا يتطلب عملية محاكاة كمبيوترية ضخمة لإنشاء جهاز يشبه ماسح الرنين المغناطيسي، والذي يمكنه اكتشاف الموجات الكهرومغناطيسية. والجزء الصعب في ذلك هو فهم كيفية تفاعل الموجات الكهرومغناطيسية عند التلاقي مع المواد الموجودة في الجهاز .

تفاعل الموجات الكهرومغناطيسية مع الأجهزة المختلفة

قام فريق البحث في جامعة SMU بتطوير خوارزمية يمكن استخدامها في مجالات متنوعة مثل البيولوجيا وعلم الفلك والتطبيقات العسكرية والاتصالات السلكية واللاسلكية لإنشاء أجهزة أكثر كفاءة ودقة. في الوقت الحالي، يستغرق إجراء المحاكاة عادة أياما أو شهورا، ونظرا للتكلفة، هناك حد لعدد عمليات المحاكاة التي يمكن إجراؤها لهذه الأجهزة. اكتشف الباحثون في مجال الرياضيات بجامعة SMU طريقة لتسريع هذه المحاكاة، وقد قاموا بتجربة هذه الطريقة باستخدام المنح التي تم تقديمها لهم من قبل مكتب أبحاث الجيش الأمريكي والمؤسسة الوطنية للعلوم .

صرح الباحث الرئيسي وي تساى، رئيس قسم الرياضيات التطبيقية في جامعة SMU: يمكننا تخفيض وقت المحاكاة من شهر إلى ساعة واحدة، وقد تحققت طفرة في هذه الخوارزميات. وقال الدكتور جوزيف مايرز، رئيس قسم العلوم الرياضية في مكتب أبحاث الجيش: هذا العمل سيساعد أيضا في إنشاء مختبر افتراضي للعلماء لمحاكاة واستكشاف الخلايا الشمسية ذات النقاط الكمومية، والتي يمكن أن تنتج معدات عسكرية شمسية صغيرة جدا وفعالة وخفيفة الوزن.” ساهم في هذا البحث الدكتور بو وانغ، الباحث في مرحلة ما بعد الدكتوراه في جامعة SMU، ووينتشونغ زهانغ، طالب دراسات عليا في الجامعة .

أهمية خوارزمية الموجات الكهرومغناطيسية الجديدة

هذه الخوارزمية الجديدة يمكن أن يكون لها آثار كبيرة في عدد من المجالات العلمية، إن الموجات الكهرومغناطيسية موجودة كإشعاع للطاقات من الشحنات والعمليات الكمية الأخرى، وهي تشمل أشياء مثل موجات الراديو وأجهزة الميكروويف والضوء والأشعة السينية، والموجات الكهرومغناطيسية هي أيضا السبب في أنه يمكنك استخدام الهاتف المحمول للتحدث إلى شخص ما في مكان آخر، وهي السبب في أنك تشاهد التلفزيون، أي أنها كل شيء باختصار .

سيكون بإمكان مهندس أو عالم رياضيات استخدام الخوارزمية لجهازه واختيار موجة كهرمغنطيسية معينة، على سبيل المثال، يمكن أن يستخدمها لتصميم بطارية ضوء شمسية تدوم أطول وتكون أصغر مما هو موجود حاليا، ولتصميم بطارية صغيرة الحجم ستحتاج إلى تحسين المواد بحيث يمكنك الحصول على الحد الأقصى لمعدل التحويل من الطاقة الضوئية إلى الكهرباء، ويمكن للمهندس العثور على الحد الأقصى لمعدل التحويل من خلال إجراء عمليات المحاكاة بشكل أسرع باستخدام هذه الخوارزمية .

التنبؤ بالزلازل باستخدام الخورازمية الكهرومغناطيسية

يمكن للخوارزمية أن تساعد المهندس في تصميم جهاز رصد زلزالي للتنبؤ بالزلازل من خلال تتبع الموجات المرنة في الأرض، حيث إن جميعها موجات. وتوضح عمليات محاكاة الكمبيوتر كيفية تفاعل المواد الموجودة في الجهاز، مثل مواد أشباه الموصلات مع الضوء، وهذا يساعد في توقع سلوك موجة معينة عندما تتفاعل مع الجهاز. وقد وجد الباحثون في جامعة SMU طريقة أكثر كفاءة وأقل تكلفة لحل معادلات هيلمهولتز وماكسويل التي كان من الصعب حلها، ولكنها أدوات أساسية لتنبؤ بسلوك الأمواج .

لقد كانت مشكلة تحديد مصدر الموجة والتفاعلات المادية مشكلة صعبة جدا بالنسبة لعلماء الرياضيات والمهندسين على مدى الثلاثين عاما الماضية. صرح البروفيسور وينج تشو تشيو، الخبير العالمي في الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات في جامعة بوردو، أن هذه المشكلة كانت صعبة للغاية. وأشاد أيضا بهذا الاكتشاف المذهل والعمل الجديد، ووصف نتائج التجربة بأنها رائعة ومفيدة للغاية. ويأمل في أن يتم اعتماد نتائج هذه التجربة على نطاق واسع .