مختبر الاختبارات الميكانيكية يشبه مطبخًا حيث يتذوق الطاهي الطبق ليخمن الوصفة. بالنسبة لمادة متباينة الخواص، أي تلك التي تكون أصلب على طول الألياف منها عبر العرض، فإن تذوقة واحدة لا تكفي. نحتاج إلى ثلاثة اختبارات منفصلة أو أكثر، كل منها بعينة خاصة. لسنوات، صقل المهندسون أشكال هذه العينات يدويًا، معتمدين على الحدس والخبرة. الآن ظهرت أداة تقوم بذلك تلقائيًا وبشكل أفضل.

الطريقة تذكرنا بعمل النحات الذي يزيل الزائد ليُظهر الجوهر. لكن هنا النحات هو خوارزمية التحسين الطوبولوجي، والجوهر ليس الشكل بل المعلوماتية. تنقسم منطقة الحساب إلى آلاف العناصر المحدودة، ويُعطى لكل عنصر كثافة افتراضية تتراوح من صفر (فراغ) إلى واحد (مادة). تقوم الخوارزمية بإعادة توزيع المادة بشكل تكراري، لتقليل رقم شرط مصفوفة نظام المعادلات. هذا الرقم هو مقياس لحساسية الحل لأخطاء البيانات: كلما كان أقل، كلما كان تحديد خصائص المادة أكثر مقاومة لضوضاء القياس. في النهاية نحصل على شكل أبيض وأسود بحدود واضحة، دون مناطق رمادية.

النتيجة مفاجئة. بالنسبة للمواد المتعامدة الخواص، أي تلك التي تختلف صلابتها في اتجاهين متعامدين، تحتوي العينات المحسّنة على ثقوب مميزة. يعتمد موقعها على زاوية التباين. عند المقارنة مع التصاميم المرجعية من الأدبيات، أظهرت الأشكال المقترحة خطأً أصغر في تحديد المعاملات، خاصةً للزوايا المتوسطة. تم تقليل رقم الشرط إلى قيم حوالي 200، مما يضمن الموثوقية حتى مع ضوضاء سعتها 0.1% من الانفعال الاسمي. والنسخة القوية من الخوارزمية تزيل الجسور الرفيعة التي قد تنكسر أثناء التصنيع.

الفائدة العملية واضحة. في مختبرات الاختبارات الميكانيكية للمواد المركبة والمواد الحيوية والمعادن ذات التباين، الطريقة الجديدة تسرّع التوصيف: اختبار واحد بدلاً من ثلاثة. الطريقة لا تعتمد على القيم الحقيقية للمعاملات، مما يحل المفارقة: "تحتاج إلى معرفة المادة لتصميم اختبار تحديدها". يمكن دمجها في حزم برمجية للتصميم التلقائي للتجارب. والخطوة التالية هي التوسع إلى النماذج غير الخطية: المرونة الفائقة، اللدونة، المرونة اللزجة. إدراج الخصائص المترولوجية لقياس ارتباط الصور الرقمية في دالة الهدف سيجعل التصميم أكثر عملية. والتحسين متعدد البدايات بشروط ابتدائية عشوائية مختلفة سيساعد في البحث عن الحد الأدنى العالمي، وليس الفخاخ المحلية.

نحات المعلوماتية بدأ عمله للتو. أمامنا مسائل ثلاثية الأبعاد، وهياكل متعددة المواد، والتحقق التجريبي. لكن من الواضح الآن: الهندسة الذكية يمكن أن تحل محل سلسلة من الاختبارات. وفي هذا جمال خاص، جمال العظم الذي يحمل الحمل، والجناح الذي يلتقط الريح.