AI mempercepatkan penemuan saintifik: Saintis yang tidak pernah tidur

• Pengarang
• Nama pengarang

  Quantumrun Foresight
• Disember 12, 2023

Ringkasan cerapan

AI, terutamanya platform seperti ChatGPT, mempercepatkan penemuan saintifik dengan ketara dengan mengautomasikan analisis data dan penjanaan hipotesis. Keupayaannya untuk memproses sejumlah besar data saintifik adalah penting untuk memajukan bidang seperti kimia dan sains bahan. AI memainkan peranan penting dalam membangunkan vaksin COVID-19, menunjukkan keupayaannya untuk penyelidikan yang cepat dan kolaboratif. Pelaburan dalam superkomputer "exascale", seperti projek Frontier Jabatan Tenaga AS, menyerlahkan potensi AI dalam memacu penemuan saintifik dalam penjagaan kesihatan dan tenaga. Penyepaduan AI ke dalam penyelidikan ini menggalakkan kerjasama pelbagai disiplin dan ujian hipotesis pantas, walaupun ia juga menimbulkan persoalan tentang implikasi etika dan harta intelek AI sebagai penyelidik bersama.

AI mempercepatkan konteks penemuan saintifik

Sains, dengan sendirinya, adalah proses kreatif; penyelidik mesti sentiasa mengembangkan minda dan perspektif mereka untuk mencipta ubat-ubatan baharu, aplikasi kimia dan inovasi industri secara amnya. Walau bagaimanapun, otak manusia mempunyai hadnya. Lagipun, terdapat lebih banyak bentuk molekul yang boleh dibayangkan daripada atom di alam semesta. Tiada seorang pun boleh memeriksa kesemuanya. Keperluan untuk meneroka dan menguji kepelbagaian infiniti eksperimen saintifik yang mungkin telah mendorong saintis untuk terus mengguna pakai alat baru untuk mengembangkan keupayaan penyiasatan mereka—alat terkini ialah kecerdasan buatan.
 
Penggunaan AI dalam penemuan saintifik sedang didorong (2023) oleh rangkaian saraf dalam dan rangka kerja AI generatif yang mampu menjana pengetahuan saintifik secara pukal daripada semua bahan yang diterbitkan pada topik tertentu. Sebagai contoh, platform AI generatif seperti ChatGPT boleh menganalisis dan mensintesis sejumlah besar kesusasteraan saintifik, membantu ahli kimia dalam menyelidik baja sintetik baharu. Sistem AI boleh menyaring pangkalan data paten, kertas akademik dan penerbitan yang luas, merumuskan hipotesis dan membimbing hala tuju penyelidikan.

Begitu juga, AI boleh menggunakan data yang dianalisisnya untuk merangka hipotesis asal untuk meluaskan carian untuk reka bentuk molekul baharu, pada skala yang seorang saintis individu akan mendapati mustahil untuk dipadankan. Alat AI sedemikian apabila digabungkan dengan komputer kuantum masa hadapan akan mampu mensimulasikan molekul baharu dengan pantas untuk menangani sebarang keperluan tertentu berdasarkan teori yang paling menjanjikan. Teori itu kemudiannya akan dianalisis menggunakan ujian makmal autonomi, di mana algoritma lain akan menilai keputusan, mengenal pasti jurang atau kecacatan, dan mengekstrak maklumat baharu. Soalan baru akan timbul, dan proses itu akan bermula semula dalam kitaran yang mulia. Dalam senario sedemikian, saintis akan mengawasi proses dan inisiatif saintifik yang kompleks dan bukannya eksperimen individu.

Kesan yang mengganggu

Satu contoh bagaimana AI telah digunakan untuk mempercepatkan penemuan saintifik ialah penciptaan vaksin COVID-19. Konsortium 87 organisasi, daripada ahli akademik hingga firma teknologi, telah membenarkan penyelidik global mengakses superkomputer (peranti dengan keupayaan pengkomputeran berkelajuan tinggi yang boleh menjalankan algoritma ML) untuk menggunakan AI untuk menapis data dan kajian sedia ada. Hasilnya ialah pertukaran idea dan hasil percubaan percuma, akses penuh kepada teknologi canggih dan kerjasama yang lebih pantas dan lebih tepat. Selanjutnya, agensi persekutuan menyedari potensi AI untuk membangunkan teknologi baharu dengan pantas. Sebagai contoh, Jabatan Tenaga AS (JAS) telah meminta Kongres memberikan belanjawan sehingga USD $4 bilion dalam tempoh 10 tahun untuk melabur dalam teknologi AI bagi meningkatkan penemuan saintifik. Pelaburan ini termasuk superkomputer "exascale" (mampu melakukan pengiraan volum tinggi).

Pada Mei 2022, DOE menugaskan firma teknologi Hewlett Packard (HP) untuk mencipta superkomputer exascale terpantas, Frontier. Superkomputer dijangka menyelesaikan pengiraan ML sehingga 10x lebih pantas daripada superkomputer hari ini dan mencari penyelesaian kepada masalah yang 8x lebih kompleks. Agensi itu mahu menumpukan pada penemuan dalam diagnosis kanser dan penyakit, tenaga boleh diperbaharui dan bahan mampan. 

DOE telah membiayai banyak projek penyelidikan saintifik, termasuk penghancur atom dan penjujukan genom, yang telah menyebabkan agensi menguruskan pangkalan data besar-besaran. Agensi itu berharap data ini suatu hari nanti boleh menghasilkan penemuan yang boleh memajukan pengeluaran tenaga dan penjagaan kesihatan, antara lain. Daripada menyimpulkan undang-undang fizikal baharu kepada sebatian kimia baharu, AI/ML dijangka akan melakukan kerja berat yang akan menghilangkan kekaburan dan meningkatkan peluang kejayaan dalam penyelidikan saintifik.

Implikasi AI mempercepatkan penemuan saintifik

Implikasi yang lebih luas daripada penemuan saintifik mempercepatkan AI mungkin termasuk: 

• Memudahkan integrasi pesat pengetahuan merentasi disiplin saintifik yang berbeza, memupuk penyelesaian inovatif kepada masalah yang kompleks. Faedah ini akan menggalakkan kerjasama pelbagai disiplin, menggabungkan cerapan daripada bidang seperti biologi, fizik dan sains komputer.
• AI digunakan sebagai pembantu makmal serba guna, menganalisis set data yang besar dengan lebih pantas daripada manusia, yang membawa kepada penjanaan dan pengesahan hipotesis yang lebih cepat. Automasi tugas penyelidikan rutin akan membebaskan saintis untuk menumpukan pada masalah yang kompleks dan menganalisis ujian dan keputusan percubaan.
• Penyelidik melabur dalam memberikan kreativiti AI untuk membangunkan soalan dan penyelesaian mereka sendiri kepada pertanyaan saintifik dalam pelbagai bidang pengajian.
• Mempercepatkan penerokaan angkasa lepas sebagai AI akan membantu dalam memproses data astronomi, mengenal pasti objek angkasa dan merancang misi.
• Sesetengah saintis menegaskan bahawa rakan sekerja AI atau penyelidik bersama mereka harus diberi hak cipta intelektual dan kredit penerbitan.
• Lebih banyak agensi persekutuan melabur dalam superkomputer, membolehkan peluang penyelidikan yang semakin maju untuk makmal sains universiti, agensi awam dan swasta.
• Pembangunan ubat yang lebih pantas dan penemuan dalam sains bahan, kimia dan fizik, yang boleh membawa kepada pelbagai inovasi masa depan yang tidak terhingga.

Soalan untuk diulas

• Jika anda seorang saintis atau penyelidik, bagaimana organisasi anda menggunakan AI dalam penyelidikan?
• Apakah potensi risiko mempunyai AI sebagai penyelidik bersama?