Quantumrun

OBRÁZOK PRE OBRÁZOK:

iStock

AI urýchľuje vedecké objavy: Vedec, ktorý nikdy nespí

Umelá inteligencia a strojové učenie (AI/ML) sa používajú na rýchlejšie spracovanie údajov, čo vedie k ďalším vedeckým objavom.

Autor:
meno autora
Predvídavosť Quantumrun
Decembra 12, 2023

Súhrn prehľadu

AI, najmä platformy ako ChatGPT, výrazne urýchľujú vedecké objavy automatizáciou analýzy údajov a generovaním hypotéz. Jeho schopnosť spracovať obrovské množstvo vedeckých údajov je rozhodujúca pre pokrok v oblastiach, ako je chémia a materiálová veda. Umelá inteligencia zohrala kľúčovú úlohu pri vývoji vakcíny proti COVID-19 a bola príkladom jej schopnosti rýchleho výskumu založeného na spolupráci. Investície do „exascale“ superpočítačov, ako napríklad projekt Frontier amerického ministerstva energetiky, zvýrazňujú potenciál AI pri riadení vedeckých objavov v zdravotníctve a energetike. Táto integrácia AI do výskumu podporuje multidisciplinárnu spoluprácu a rýchle testovanie hypotéz, hoci tiež vyvoláva otázky o etických a intelektuálnych dôsledkoch AI ako spoluvýskumníka.

AI urýchľuje kontext vedeckého objavovania

Veda je sama osebe tvorivým procesom; výskumníci musia neustále rozširovať svoje myslenie a perspektívy, aby vytvorili nové lieky, chemické aplikácie a priemyselné inovácie vo všeobecnosti. Ľudský mozog má však svoje limity. Koniec koncov, existuje viac predstaviteľných molekulárnych foriem ako atómov vo vesmíre. Nikto ich nesmie všetky preskúmať. Táto potreba skúmať a testovať nekonečnú rozmanitosť možných vedeckých experimentov prinútila vedcov, aby neustále prijímali nové nástroje na rozšírenie svojich vyšetrovacích schopností – najnovším nástrojom je umelá inteligencia.

Využitie AI vo vedeckých objavoch poháňajú (2023) hlboké neurónové siete a generatívne rámce AI, ktoré sú schopné hromadne generovať vedecké poznatky zo všetkých publikovaných materiálov na konkrétnu tému. Napríklad generatívne platformy AI, ako je ChatGPT, môžu analyzovať a syntetizovať obrovské množstvo vedeckej literatúry, čo pomáha chemikom pri výskume nových syntetických hnojív. Systémy umelej inteligencie môžu prechádzať rozsiahlymi databázami patentov, akademických prác a publikácií, formulovať hypotézy a usmerňovať výskum.

Podobne môže AI použiť údaje, ktoré analyzuje, na navrhnutie pôvodných hypotéz na rozšírenie hľadania nových molekulárnych dizajnov v rozsahu, s ktorým by sa jednotlivý vedec nedokázal vyrovnať. Takéto nástroje AI v spojení s budúcimi kvantovými počítačmi by boli schopné rýchlo simulovať nové molekuly na riešenie akejkoľvek špecifikovanej potreby založenej na najsľubnejšej teórii. Teória bude potom analyzovaná pomocou autonómnych laboratórnych testov, kde by iný algoritmus vyhodnotil výsledky, identifikoval medzery alebo defekty a extrahoval nové informácie. Vznikli by nové otázky, a tak by sa proces začal znova v cnostnom cykle. V takomto scenári by vedci namiesto jednotlivých experimentov dohliadali na zložité vedecké procesy a iniciatívy.

Rušivý vplyv

Jedným z príkladov toho, ako bola AI použitá na urýchlenie vedeckých objavov, bolo vytvorenie vakcíny proti COVID-19. Konzorcium 87 organizácií, od akademickej obce až po technologické firmy, umožnilo globálnym výskumníkom prístup k superpočítačom (zariadeniam s vysokorýchlostnými výpočtovými schopnosťami, ktoré môžu spúšťať algoritmy ML), aby mohli využívať AI na preosievanie existujúcich údajov a štúdií. Výsledkom je bezplatná výmena nápadov a výsledkov experimentov, úplný prístup k pokročilej technológii a rýchlejšia a presnejšia spolupráca. Okrem toho federálne agentúry si uvedomujú potenciál AI na rýchly vývoj nových technológií. Napríklad Ministerstvo energetiky USA (DOE) požiadalo Kongres o rozpočet až 4 miliardy USD na 10 rokov na investície do technológií AI na podporu vedeckých objavov. Tieto investície zahŕňajú superpočítače „exascale“ (schopné vykonávať veľké objemy výpočtov).

V máji 2022 spoločnosť DOE poverila technologickú firmu Hewlett Packard (HP), aby vytvorila najrýchlejší exascale superpočítač Frontier. Očakáva sa, že superpočítač bude riešiť výpočty ML až 10x rýchlejšie ako dnešné superpočítače a nájde riešenia problémov, ktoré sú 8x zložitejšie. Agentúra sa chce zamerať na objavy v diagnostike rakoviny a chorôb, obnoviteľnú energiu a udržateľné materiály.

DOE financuje mnoho vedeckých výskumných projektov, vrátane rozbíjačov atómov a sekvenovania genómu, čo viedlo k tomu, že agentúra spravuje rozsiahle databázy. Agentúra dúfa, že tieto údaje by jedného dňa mohli viesť k prelomom, ktoré môžu okrem iného posunúť výrobu energie a zdravotnú starostlivosť. Od vyvodzovania nových fyzikálnych zákonov až po nové chemické zlúčeniny sa od AI/ML očakáva, že urobí hlavnú prácu, ktorá odstráni nejednoznačnosti a zvýši šance na úspech vo vedeckom výskume.

Dôsledky AI urýchľujúce vedecké objavy

Širšie dôsledky urýchlenia vedeckého objavu AI môžu zahŕňať:

Uľahčenie rýchlej integrácie poznatkov naprieč rôznymi vednými disciplínami, podpora inovatívnych riešení zložitých problémov. Táto výhoda by podporila multidisciplinárnu spoluprácu, ktorá by spájala poznatky z oblastí ako biológia, fyzika a informatika.
AI sa používa ako univerzálny laboratórny asistent, ktorý analyzuje rozsiahle súbory údajov oveľa rýchlejšie ako ľudia, čo vedie k rýchlejšiemu generovaniu a overovaniu hypotéz. Automatizácia rutinných výskumných úloh umožní vedcom sústrediť sa na zložité problémy a analyzovať výsledky testov a experimentov.
Výskumníci, ktorí investujú do kreativity AI, aby vytvorili svoje vlastné otázky a riešenia vedeckých otázok v rôznych oblastiach štúdia.
Urýchlenie prieskumu vesmíru ako AI pomôže pri spracovaní astronomických údajov, identifikácii nebeských objektov a plánovaní misií.
Niektorí vedci trvajú na tom, že ich kolegovi z umelej inteligencie alebo spoluvýskumníkovi by mali byť udelené intelektuálne autorské práva a autorské tituly.
Viac federálnych agentúr investujúcich do superpočítačov, čo umožňuje čoraz pokročilejšie výskumné príležitosti pre vedecké laboratóriá univerzít, verejných agentúr a súkromného sektora.
Rýchlejší vývoj liekov a prelomy v materiálovej vede, chémii a fyzike, čo môže viesť k nekonečnému množstvu budúcich inovácií.