استفاده از هوش مصنوعی در تجزیه پلاستیک

استفاده از هوش مصنوعی در تجزیه پلاستیک؛ مزیت و چالش‌های آن

هدف از این مطالعه بررسی عملکرد، مزایا و چالش‌های هوش مصنوعی (AI) در تجزیه پلاستیک است. در اینجا به بحث درمورد کاربرد هوش مصنوعی در تجزیه پلاستیک پرداخته و راهکارهای نوآورانه‌ای را باهدف توسعه پایدار ارائه می دهیم. رویکرد "تجزیه پلاستیک: یک الگوریتم هوش مصنوعی برای تجزیه پلاستیک" یک دیدگاه نوآورانه از همگرایی هوش مصنوعی و پایداری محیطی ارائه می‌دهد. این مطالعه همچنین به بررسی مدیریت پسماند پلاستیک پرداخته و پتانسیل الگوریتم‌های هوش مصنوعی در روش های پیشنهادی ما را نیز مورد بررسی قرار می دهد. این مطالعه شامل دو بحث محوری درمورد مزایای استفاده از هوش مصنوعی در تجزیه پلاستیک است. در مبحث اول، "پیش بینی تجزیه آنزیمی پلاستیک با استفاده از توالی پروتئین رمزگذاری شده" یک فریم ورک یادگیری ماشینی باهدف پیش بینی توانایی آنزیم در تجزیه پلاستیک های خاص ازطریق حذف الگوهای پنهان در توالی‌های پروتئین ارائه می دهد. در شکل زیر حجم پلاستیک تولید شده، آینده نگری، ادغام یادگیری ماشینی و پیش بینی اینکه آیا پلاستیک تجزیه پذیر است یا خیر نشان داده شده است.

شکل 1:

در اینجا، الگوریتم‌های هوش مصنوعی به پیش بینی احتمال تجزیه پلاستیک کمک می کنند. الگوریتم بالا نشان می دهد چرخه حیات پلاستیک‌ها با استفاده از ML تخریب پذیر است یا خیر. در مبحث دوم، "بازطراحی محاسباتی پتاز (PETase) در تجزیه پلاستیک‌ تحت شرایط محیطی با استفاده از تکنیک GRAPE" بیان می شود. همچنین نشان می دهد که بهترین تجزیه پلاستیک در دمای محیط توسط بازطراحی محاسباتی آنزیم پتاز حاصل می شود. هدف از این مطالعه مروری ارزیابی روش های هوش مصنوعی در تجزیه پلاستیک است. علاوه براین، نقش هوش مصنوعی در تقویت بازیافت مواد پلاستیکی، نظارت بر تجزیه زیستی پلاستیک و افزایش اثربخشی آنزیم‌ها بر تجزیه پلاستیک را نیز بررسی می کند. باتوجه به این نمودار، می توان به دیدگاه های ارزشمندی از هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی در شناسایی میکروپلاستیک ها در محیط زیست پی برد. به طور کلی، این مطالعه کاربرد الگوریتم هوش مصنوعی در تولید پلاستیک زیست تخریب پذیر با پتانسیل تجزیه بالا، قابلیت تجزیه پلاستیک دفن شده در زمین و ارزیابی توالی اکولوژیکی تجزیه پلاستیک را تفسیر می‌کند. رویکرد نوآورانه "تجزیه پلاستیک" به دنبال افزایش درک و آگاهی عمومی از تقاضای روزافزون جایگزین زیست سازگار برای پلاستیک های معمولی است. با کمک هوش مصنوعی می توان دستیابی به محیطی پایدار برای نسل آینده را تضمین کرد.

پلاستیک به عنوان ذرات پلیمری همه کاره به محیط اطراف ما به نفوذ کرده است. به عبارت دیگر، پلاستیک ها پلیمرهای مصنوعی متشکل از عناصری همچون کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن هستند. با افزایش تولید پلاستیک، تجمع سریع ضایعات آن به نگرانی جدی در جوامع تبدیل شده است. در سال 2020، تولید جهانی پلاستیک بیش از 400 میلیون تن بود. انتظار می رود تا سال 2050، تولید سالانه پلاستیک در سطح جهان به بیش از 1 میلیارد تن افزایش یابد. محبوبیت، مقرون به صرفه بودن و انعطاف پذیری پلاستیک نشان دهنده ضرورت استفاده از پلاستیک در جامعه امروزی هستند. شیوع کووید-19 به طرز چشمگیری استفاده از پلاستیک را افزایش داد؛ به ویژه در بسته بندی مواد غذایی، تولید دستکش و ماسک یکبار مصرف. با شیوع کووید-19، پیش بینی می شد که روزانه 1.6 میلیون متریک تن ضایعات پلاستیک در سطح جهان تولید شود که نگرانی های زیست محیطی و ضرورت استفاده از روش‌های تجزیه پلاستیک را به همراه داشت. این رقم روزانه شامل حدود 3.4 میلیارد ماسک یکبار مصرف و شیلد می شد. درنتیجه، انباشت ضایعات پلاستیک غیرقابل اجتناب بوده است. تجزیه این نوع پلاستیک معمولا سه مرحله ای است:

الف) در محل‌های دفن زباله رها می شود؛

ب) سوزانده می شود که مواد سمی آزاد می کند؛

پ) به اقیانوس ریخته می‌شود که حیات دریایی را تهدید کرده و میکروپلاستیک ها را وارد زنجیره غذایی انسان و دیگر جانداران می کند.

اگرچه بازیافت تنها گزینه قابل دسترسی است؛ اما برای تمام ضایعات پلاستیک مناسب نیست، تجزیه محیطی و انباشت زباله را افزایش می دهد. چالش واقعی مدیریت کارآمد ضایعات پلاستیک باهدف کاهش اثرات زیست محیطی است. برای اولین بار، آلودگی میکروپلاستیک در بدن انسان یافت شد که نشان دهنده حضور گسترده این ذرات در بدن دیگر جانداران بود.

فناوری هوش مصنوعی نوید بخش مبارزه با آلودگی پلاستیک است. محققان با تکیه بر هوش مصنوعی از الگوریتم های لبه برش برای تجزیه پلاستیک استفاده می کنند که رویکرد پیشنهادی ما در مدیریت پسماند زباله را تایید می کند. این الگوریتم‌ها با پیش بینی نرخ تجزیه در سیستم های مختلف و بهبود فرایند بازیافت در انواع پلاستیک کاربرد دارند. علاوه براین، الگوریتم های هوش مصنوعی قابلیت بهبود و تسریع در تجزیه پلاستیک را دارند و همچنین عملکرد آنزیم های تجزیه کننده پلاستیک را افزایش می‌دهند؛ میکروپلاستیک های موجود در محیط زیست را ازطریق یادگیری ماشینی شناسایی می کنند. با مهندسی پلاستیک های زیست تخریب پذیر توسط توانایی تجزیه و مدلسازی تجزیه ضایعات پلاستیک در زمین، هوش مصنوعی به طور قابل ملاحظه‌ای پیامدهای زیست محیطی ناشی از تجزیه پلاستیک را کاهش می دهد. بنابراین، هوش مصنوعی نقش مهمی در توسعه جایگزین‌های پایدار پلاستیک‌های معمولی ایفا می کند؛ بدون کاهش وابستگی به پلاستیک‌های زیست تخریب پذیر.

سخن پایانی

یافته‌های حاصل از بررسی "تجزیه پلاستیک: یک الگوریتم هوش مصنوعی برای تجزیه پلاستیک" دیدگاه کلی از پیشرفت های هوش مصنوعی در تجزیه پلاستیک نشان می دهند. این مطالعه بر نقش فناوری هوش مصنوعی در شناسایی، سورتینگ و پیش بینی نرخ تجزیه پلاستیک در محیط های مختلف متمرکز است. با تکیه بر این الگوریتم ها، محققان قادر به بهینه سازی فرایند بازیافت مواد پلاستیکی، کنترل تجزیه زیستی محصولات پلاستیکی و بهبود عملکرد آنزیم های تجزیه زیستی پلاستیک هستند. علاوه براین، فناوری هوش مصنوعی در حذف میکروپلاستیک های موجود در محیط زیست ازطریق یادگیری ماشینی، طراحی مواد پلاستیکی زیست تخریب پذیر با بهبود خواص تجزیه و شبیه سازی تجزیه ضایعات پلاستیک در زمین کاربرد دارد. این مقاله پتانسیل الگوریتم های هوش مصنوعی در ارزیابی پیامدهای زیست محیطی ناشی از تجزیه پلاستیک و توسعه جایگزین های پایدار برای مواد پلاستیکی سنتی را به نمایش می گذارد. با دستیابی به قدرت این فناوری، محققان می توانند با بحران آلودگی پلاستیک در سطح جهان مقابله کرده و همچنین به آینده ای پایدارتر دست یابند. در اینجا به مکانیسم بیان توالی آنزیم (CESR) که باهدف دستیابی به اطلاعات غنی از توالی آنزیم با انتخاب درست گلوبال و اسیدآمینه طراحی شده اشاره شده است. همچنین از الگوریتم XGBoost برای پیش بینی فعالیت آنزیم در تجزیه پلاستیک، دستیابی به نرخ دقت بالای 91 درصدی در طبقه بندی پروتئین براساس داده توالی استفاده شد. به طور خلاصه یافته های به دست آمده از این مطالعه عبارتند از تقویت عملکرد تجزیه پلی اتیلن ترفتالات (PET) و دیگر پلی استرهای نیمه آروماتیک، افزایش زیست تخریب پذیری، تسریع مهندسی واریانس های آنزیم با پایداری حرارتی بهبودیافته و راندمان کاتالیزوری، و توان مقابله با بحران آلودگی پلاستیک در سطح جهان.