KI beschleunigt wissenschaftliche Entdeckungen: Der Wissenschaftler, der niemals schläft

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  Quantumrun-Vorausschau
• 12. Dezember 2023

Zusammenfassung der Einblicke

KI, insbesondere Plattformen wie ChatGPT, beschleunigt die wissenschaftliche Entdeckung erheblich, indem sie die Datenanalyse und Hypothesengenerierung automatisiert. Seine Fähigkeit, große Mengen wissenschaftlicher Daten zu verarbeiten, ist für die Weiterentwicklung von Bereichen wie Chemie und Materialwissenschaften von entscheidender Bedeutung. KI spielte eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung des COVID-19-Impfstoffs und stellte ihre Fähigkeit zur schnellen, gemeinschaftlichen Forschung unter Beweis. Investitionen in „Exascale“-Supercomputer, wie das Frontier-Projekt des US-Energieministeriums, unterstreichen das Potenzial von KI, wissenschaftliche Durchbrüche im Gesundheitswesen und in der Energie voranzutreiben. Diese Integration von KI in die Forschung fördert die multidisziplinäre Zusammenarbeit und das schnelle Testen von Hypothesen, wirft jedoch auch Fragen zu den ethischen und geistigen Eigentumsimplikationen von KI als Co-Forscher auf.

KI beschleunigt den wissenschaftlichen Entdeckungskontext

Wissenschaft an und für sich ist ein kreativer Prozess; Forscher müssen ihren Geist und ihre Perspektiven ständig erweitern, um neue Medikamente, chemische Anwendungen und Industrieinnovationen im Allgemeinen zu entwickeln. Allerdings hat das menschliche Gehirn seine Grenzen. Schließlich gibt es mehr denkbare Molekülformen als Atome im Universum. Niemand darf sie alle untersuchen. Dieses Bedürfnis, die unendliche Vielfalt möglicher wissenschaftlicher Experimente zu erforschen und zu testen, hat Wissenschaftler dazu veranlasst, kontinuierlich neue Werkzeuge einzusetzen, um ihre Forschungskapazitäten zu erweitern – das neueste Werkzeug ist künstliche Intelligenz.
 
Der Einsatz von KI in der wissenschaftlichen Entdeckung wird (2023) durch tiefe neuronale Netze und generative KI-Frameworks vorangetrieben, die in der Lage sind, aus allen veröffentlichten Materialien zu einem bestimmten Thema wissenschaftliche Erkenntnisse in großen Mengen zu generieren. Generative KI-Plattformen wie ChatGPT können beispielsweise große Mengen wissenschaftlicher Literatur analysieren und synthetisieren und Chemiker bei der Erforschung neuer synthetischer Düngemittel unterstützen. KI-Systeme können umfangreiche Datenbanken mit Patenten, wissenschaftlichen Arbeiten und Veröffentlichungen durchsuchen, Hypothesen formulieren und die Forschungsrichtung vorgeben.

Ebenso kann KI die von ihr analysierten Daten nutzen, um originelle Hypothesen zu entwickeln, um die Suche nach neuen Moleküldesigns in einem Ausmaß zu erweitern, das ein einzelner Wissenschaftler unmöglich erreichen könnte. In Verbindung mit zukünftigen Quantencomputern wären solche KI-Tools in der Lage, schnell neue Moleküle zu simulieren, um jeden spezifischen Bedarf auf der Grundlage der vielversprechendsten Theorie zu erfüllen. Die Theorie wird dann mithilfe autonomer Labortests analysiert, bei denen ein anderer Algorithmus die Ergebnisse auswertet, Lücken oder Mängel identifiziert und neue Informationen extrahiert. Neue Fragen würden auftauchen und so würde der Prozess in einem positiven Kreislauf von vorne beginnen. In einem solchen Szenario würden Wissenschaftler statt einzelner Experimente komplexe wissenschaftliche Prozesse und Initiativen beaufsichtigen.

Störende Wirkung

Ein Beispiel dafür, wie KI zur Beschleunigung wissenschaftlicher Entdeckungen eingesetzt wurde, war die Entwicklung des COVID-19-Impfstoffs. Ein Konsortium aus 87 Organisationen, von Hochschulen bis hin zu Technologieunternehmen, hat globalen Forschern den Zugriff auf Supercomputer (Geräte mit Hochgeschwindigkeits-Rechenfähigkeiten, die ML-Algorithmen ausführen können) ermöglicht, um mithilfe von KI vorhandene Daten und Studien zu sichten. Das Ergebnis ist ein freier Austausch von Ideen und Versuchsergebnissen, uneingeschränkter Zugriff auf fortschrittliche Technologie und eine schnellere und genauere Zusammenarbeit. Darüber hinaus erkennen Bundesbehörden das Potenzial der KI für die schnelle Entwicklung neuer Technologien. Beispielsweise hat das US-Energieministerium (DOE) den Kongress um ein Budget von bis zu 4 Milliarden US-Dollar über einen Zeitraum von 10 Jahren gebeten, um in KI-Technologien zu investieren und wissenschaftliche Entdeckungen voranzutreiben. Zu diesen Investitionen gehören „Exascale“-Supercomputer (die große Rechenvolumina durchführen können).

Im Mai 2022 beauftragte das DOE das Technologieunternehmen Hewlett Packard (HP) mit der Entwicklung des schnellsten Exascale-Supercomputers Frontier. Es wird erwartet, dass der Supercomputer ML-Berechnungen bis zu zehnmal schneller als heutige Supercomputer lösen und Lösungen für Probleme finden kann, die achtmal komplexer sind. Die Agentur möchte sich auf Entdeckungen in den Bereichen Krebs- und Krankheitsdiagnose, erneuerbare Energien und nachhaltige Materialien konzentrieren. 

Das DOE hat viele wissenschaftliche Forschungsprojekte finanziert, darunter Atomzertrümmerer und Genomsequenzierung, was dazu geführt hat, dass die Behörde riesige Datenbanken verwaltet. Die Agentur hofft, dass diese Daten eines Tages zu Durchbrüchen führen könnten, die unter anderem die Energieerzeugung und das Gesundheitswesen vorantreiben können. Von der Ableitung neuer physikalischer Gesetze bis hin zu neuartigen chemischen Verbindungen wird erwartet, dass KI/ML die Hauptarbeit leisten wird, um Unklarheiten zu beseitigen und die Erfolgsaussichten in der wissenschaftlichen Forschung zu erhöhen.

Auswirkungen der KI auf die Beschleunigung wissenschaftlicher Entdeckungen

Zu den weiteren Auswirkungen der Beschleunigung wissenschaftlicher Entdeckungen durch KI könnten gehören: 

• Erleichterung der schnellen Integration von Wissen über verschiedene wissenschaftliche Disziplinen hinweg und Förderung innovativer Lösungen für komplexe Probleme. Dieser Vorteil würde die multidisziplinäre Zusammenarbeit fördern und Erkenntnisse aus Bereichen wie Biologie, Physik und Informatik kombinieren.
• KI wird als Allzweck-Laborassistent eingesetzt und analysiert riesige Datensätze viel schneller als Menschen, was zu einer schnelleren Hypothesengenerierung und -validierung führt. Durch die Automatisierung routinemäßiger Forschungsaufgaben können sich Wissenschaftler auf komplexe Probleme und die Analyse von Tests und Experimentergebnissen konzentrieren.
• Forscher investieren in die Kreativität der KI, um ihre eigenen Fragen und Lösungen für wissenschaftliche Fragestellungen in verschiedenen Studienbereichen zu entwickeln.
• Die Beschleunigung der Weltraumforschung wird durch KI bei der Verarbeitung astronomischer Daten, der Identifizierung von Himmelsobjekten und der Planung von Missionen unterstützt.
• Einige Wissenschaftler bestehen darauf, dass ihrem KI-Kollegen oder Co-Forscher geistige Urheberrechte und Veröffentlichungsnachweise zuerkannt werden.
• Immer mehr Bundesbehörden investieren in Supercomputer, was immer fortschrittlichere Forschungsmöglichkeiten für Universitäten, öffentliche Behörden und wissenschaftliche Labore des Privatsektors ermöglicht.
• Schnellere Arzneimittelentwicklung und Durchbrüche in den Materialwissenschaften, der Chemie und der Physik, die zu einer unendlichen Vielfalt zukünftiger Innovationen führen können.

Fragen zum Kommentieren

• Wenn Sie Wissenschaftler oder Forscher sind, wie nutzt Ihre Organisation KI in der Forschung?
• Was sind die potenziellen Risiken, KI als Mitforscher zu haben?