AI ubrzava znanstvena otkrića: Znanstvenik koji nikad ne spava

• Autor:
• ime autora

  Quantumrun Foresight
• Prosinac 12, 2023

Sažetak uvida

AI, posebno platforme poput ChatGPT-a, značajno ubrzavaju znanstvena otkrića automatiziranjem analize podataka i generiranja hipoteza. Njegova sposobnost obrade golemih količina znanstvenih podataka ključna je za napredak u područjima poput kemije i znanosti o materijalima. Umjetna inteligencija odigrala je ključnu ulogu u razvoju cjepiva protiv COVID-19, što predstavlja primjer njegove sposobnosti za brzo, zajedničko istraživanje. Ulaganja u superračunala "exascale", poput Frontier projekta Ministarstva energetike SAD-a, ističu potencijal umjetne inteligencije u pokretanju znanstvenih otkrića u zdravstvu i energetici. Ova integracija umjetne inteligencije u istraživanje promiče multidisciplinarnu suradnju i brzo testiranje hipoteza, iako također postavlja pitanja o etičkim implikacijama i implikacijama intelektualnog vlasništva umjetne inteligencije kao suistraživača.

AI ubrzava kontekst znanstvenih otkrića

Znanost je, sama po sebi, kreativan proces; istraživači moraju stalno širiti svoje umove i perspektive kako bi stvorili nove lijekove, kemijske primjene i industrijske inovacije općenito. Međutim, ljudski mozak ima svoje granice. Uostalom, postoji više zamislivih molekularnih oblika nego što ima atoma u svemiru. Nitko ih ne može sve ispitati. Ova potreba za istraživanjem i testiranjem beskonačne raznolikosti mogućih znanstvenih eksperimenata tjerala je znanstvenike da neprestano usvajaju nove alate za proširenje svojih istraživačkih sposobnosti - najnoviji alat je umjetna inteligencija.
 
Upotreba umjetne inteligencije u znanstvenim otkrićima potaknuta je (2023.) dubokim neuronskim mrežama i generativnim okvirima umjetne inteligencije koji mogu skupno generirati znanstveno znanje iz svih objavljenih materijala o određenoj temi. Na primjer, generativne AI platforme poput ChatGPT-a mogu analizirati i sintetizirati ogromne količine znanstvene literature, pomažući kemičarima u istraživanju novih sintetičkih gnojiva. Sustavi umjetne inteligencije mogu pretraživati ​​opsežne baze podataka patenata, akademskih radova i publikacija, formulirati hipoteze i usmjeravati smjer istraživanja.

Slično tome, umjetna inteligencija može koristiti podatke koje analizira za osmišljavanje originalnih hipoteza za proširenje potrage za novim molekularnim dizajnom, u mjerilu koje bi pojedinačni znanstvenik smatrao nemogućim usporediti. Takvi alati umjetne inteligencije u kombinaciji s budućim kvantnim računalima bili bi sposobni brzo simulirati nove molekule za rješavanje bilo koje specifične potrebe na temelju teorije koja najviše obećava. Teorija će zatim biti analizirana korištenjem autonomnih laboratorijskih testova, gdje bi drugi algoritam procijenio rezultate, identificirao nedostatke ili nedostatke i izvukao nove informacije. Pojavila bi se nova pitanja i tako bi proces ponovno započeo u dobrom ciklusu. U takvom scenariju znanstvenici bi nadzirali složene znanstvene procese i inicijative umjesto pojedinačnih eksperimenata.

Razarajući učinak

Jedan primjer kako se umjetna inteligencija koristi za ubrzavanje znanstvenih otkrića bilo je stvaranje cjepiva protiv COVID-19. Konzorcij od 87 organizacija, od akademske zajednice do tehnoloških tvrtki, omogućio je svjetskim istraživačima pristup superračunalima (uređajima s brzim računalnim mogućnostima koji mogu pokretati ML algoritme) kako bi koristili AI za probiranje postojećih podataka i studija. Rezultat je besplatna razmjena ideja i rezultata eksperimenata, potpuni pristup naprednoj tehnologiji te brža i točnija suradnja. Nadalje, federalne agencije shvaćaju potencijal umjetne inteligencije za brzi razvoj novih tehnologija. Na primjer, Ministarstvo energetike SAD-a (DOE) zatražilo je od Kongresa proračun do 4 milijarde USD tijekom 10 godina za ulaganje u AI tehnologije za poticanje znanstvenih otkrića. Ta ulaganja uključuju superračunala "exascale" (sposobna za izvođenje velikih količina izračuna).

U svibnju 2022. DOE je naručio od tehnološke tvrtke Hewlett Packard (HP) da stvori najbrže superračunalo u razmjeri eksa, Frontier. Očekuje se da će superračunalo rješavati ML izračune do 10 puta brže od današnjih superračunala i pronaći rješenja za probleme koji su 8 puta složeniji. Agencija se želi usredotočiti na otkrića u dijagnozi raka i bolesti, obnovljivoj energiji i održivim materijalima. 

DOE financira mnoge znanstveno-istraživačke projekte, uključujući razbijače atoma i sekvenciranje genoma, što je rezultiralo time da agencija upravlja ogromnim bazama podataka. Agencija se nada da bi ovi podaci jednog dana mogli rezultirati otkrićima koja mogu unaprijediti proizvodnju energije i zdravstvenu skrb, između ostalog. Od izvođenja novih fizikalnih zakona do novih kemijskih spojeva, očekuje se da AI/ML obavi glavni posao koji bi uklonio dvosmislenosti i povećao šanse za uspjeh u znanstvenom istraživanju.

Implikacije AI-ja na ubrzavanje znanstvenih otkrića

Šire implikacije AI ubrzavanja znanstvenih otkrića mogu uključivati: 

• Olakšavanje brze integracije znanja u različitim znanstvenim disciplinama, poticanje inovativnih rješenja za složene probleme. Ova bi pogodnost potaknula multidisciplinarnu suradnju, spajajući uvide iz područja poput biologije, fizike i računalnih znanosti.
• AI se koristi kao višenamjenski laboratorijski pomoćnik, analizirajući goleme skupove podataka puno brže od ljudi, što dovodi do bržeg stvaranja i provjere hipoteza. Automatizacija rutinskih istraživačkih zadataka oslobodit će znanstvenike da se usredotoče na složene probleme i analiziranje testova i rezultata eksperimenata.
• Istraživači koji ulažu u davanje kreativnosti umjetnoj inteligenciji za razvoj vlastitih pitanja i rješenja za znanstvena istraživanja u različitim područjima studija.
• Ubrzavanje istraživanja svemira kao umjetna inteligencija pomoći će u obradi astronomskih podataka, identificiranju nebeskih objekata i planiranju misija.
• Neki znanstvenici inzistiraju na tome da njihov kolega ili suistraživač treba dobiti intelektualna autorska prava i zasluge za objavljivanje.
• Više saveznih agencija ulaže u superračunala, što omogućuje sve naprednije istraživačke mogućnosti za sveučilišne, javne agencije i znanstvene laboratorije privatnog sektora.
• Brži razvoj lijekova i otkrića u znanosti o materijalima, kemiji i fizici, što može dovesti do beskrajne raznolikosti budućih inovacija.

Pitanja za komentar

• Ako ste znanstvenik ili istraživač, kako vaša organizacija koristi AI u istraživanju?
• Koji su potencijalni rizici korištenja umjetne inteligencije kao suistraživača?