كيف تتفاعل الموجات الكهرومغناطيسية مع الأجهزة

تم تطوير طرق فعالة لمحاكاة كيفية تفاعل الموجات الكهرومغناطيسية مع الأجهزة، حيث يتطلب الأمر قدر هائل من عمليات محاكاة الكمبيوتر لإنشاء جهاز يشبه ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي، والذي يمكنه اكتشاف الموجات الكهرومغناطيسية، والجزء الصعب في هذا هو معرفة كيفية تفاعل الموجات الكهرومغناطيسية عندما تتلامس مع المواد الموجودة في الجهاز .

تفاعل الموجات الكهرومغناطيسية مع الأجهزة المختلفة

طور باحثون من جامعة SMU خوارزمية يمكن استخدامها في مجموعة واسعة من المجالات من البيولوجيا وعلم الفلك إلى التطبيقات العسكرية والاتصالات السلكية واللاسلكية لإنشاء معدات أكثر كفاءة ودقة، وفي الوقت الحالي قد يستغرق الأمر أياما أو شهورا لإجراء المحاكاة، وبسبب التكلفة يوجد حد لعدد عمليات المحاكاة التي تتم عادة لهذه الأجهزة، وقد كشف باحثو الرياضيات في جامعة SMU  طريقة للقيام بخوارزمية أسرع لهذه المحاكاة، وقد قاموا بهذه التجربة عن طريق المنح التي قدمت لهم من مكتب أبحاث الجيش الأمريكي والمؤسسة الوطنية للعلوم .

وقال الباحث الرئيسي وي تساى رئيس قسم الرياضيات التطبيقية في جامعة SMU : يمكننا تقليل زمن المحاكاة من شهر إلى ساعة واحدة، وقد حققنا طفرة في هذه الخوارزميات “، وقال الدكتور جوزيف مايرز رئيس قسم العلوم الرياضية في مكتب أبحاث الجيش : ” سيساعد هذا العمل أيضا في إنشاء مختبر افتراضي للعلماء لمحاكاة واستكشاف الخلايا الشمسية ذات النقاط الكمومية، والتي يمكن أن تنتج معدات عسكرية شمسية صغيرة للغاية وفعالة وخفيفة الوزن “، وقد ساهم في هذا البحث الدكتور بو وانغ باحث في مرحلة ما بعد الدكتوراه في جامعة SMU، و وينتشونغ 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

كما أن الخوارزمية يمكن أن تساعد المهندس في تصميم جهاز رصد زلزالي للتنبؤ بالزلازل من خلال تتبع الموجات المرنة في الأرض، لأنها جميعها موجات، وتوضح عمليات محاكاة الكمبيوتر كيفية تفاعل المواد الموجودة في جهاز مثل : مواد أشباه الموصلات مع الضوء، مما يعطي بدوره معنى لما ستفعله موجة معينة عندما تتلامس مع هذا الجهاز، ولقد وجد الباحثون في جامعة SMU طريقة أكثر كفاءة وأقل تكلفة لحل معادلات هيلمهولتز وماكسويل التي كان من الصعب حلها، ولكنها أدوات أساسية للتنبؤ بسلوك الأمواج .

وكانت مشكلة مصدر الموجة والتفاعلات المادية هي مشكلة صعبة للغاية بالنسبة لعلماء الرياضيات والمهندسين على مدار الثلاثين عام الماضية، وقال البروفيسور وينج تشو تشيو من قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات في بوردو، وهو خبير عالمي بارز في الكهرومغناطيسية الحاسوبية أيضا، أن المشكلة كانت صعبة للغاية، وقال أيضا على هذا العمل الجديد والاكتشاف المذهل أن نتائج التجربة رائعة ومفيدة جدا، ويأمل أن يتم اعتماد نتائج هذه التجربة على نطاق واسع .