Quantumrun

CREDIT DE IMAGINE:

iStock

AI accelerează descoperirea științifică: Omul de știință care nu doarme niciodată

Inteligența artificială și învățarea automată (AI/ML) sunt folosite pentru a procesa datele mai rapid, ceea ce duce la mai multe descoperiri științifice.

Autor:
Numele autorului
Previziune Quantumrun
December 12, 2023

Rezumat perspectivă

AI, în special platformele precum ChatGPT, accelerează semnificativ descoperirile științifice prin automatizarea analizei datelor și a generării de ipoteze. Capacitatea sa de a procesa cantități mari de date științifice este crucială pentru progresul în domenii precum chimia și știința materialelor. Inteligența artificială a jucat un rol esențial în dezvoltarea vaccinului COVID-19, exemplificând capacitatea sa de cercetare rapidă și colaborativă. Investițiile în supercalculatoare „exascale”, cum ar fi proiectul Frontier al Departamentului de Energie al SUA, evidențiază potențialul AI de a genera descoperiri științifice în domeniul sănătății și energiei. Această integrare a AI în cercetare promovează colaborarea multidisciplinară și testarea rapidă a ipotezelor, deși ridică, de asemenea, întrebări cu privire la implicațiile etice și de proprietate intelectuală ale AI ca co-cercetător.

AI accelerează contextul descoperirii științifice

Știința, în sine, este un proces creativ; cercetătorii trebuie să-și extindă în mod constant mințile și perspectivele pentru a crea noi medicamente, aplicații chimice și inovații în industrie în general. Cu toate acestea, creierul uman are limitele sale. La urma urmei, există mai multe forme moleculare imaginabile decât atomi în univers. Nimeni nu le poate examina pe toate. Această nevoie de a explora și de a testa diversitatea infinită a posibilelor experimente științifice i-a împins pe oamenii de știință să adopte în mod continuu instrumente noi pentru a-și extinde capacitățile de investigare - cel mai recent instrument fiind inteligența artificială.

Utilizarea inteligenței artificiale în descoperirile științifice este condusă (2023) de rețele neuronale profunde și cadre de inteligență artificială generativă capabile să genereze cunoștințe științifice în vrac din toate materialele publicate pe o anumită temă. De exemplu, platformele AI generative precum ChatGPT pot analiza și sintetiza cantități mari de literatură științifică, ajutând chimiștii în cercetarea de noi îngrășăminte sintetice. Sistemele AI pot cerceta bazele de date extinse de brevete, lucrări academice și publicații, formulând ipoteze și ghidând direcția cercetării.

În mod similar, AI poate folosi datele pe care le analizează pentru a elabora ipoteze originale pentru a extinde căutarea de noi modele moleculare, la o scară pe care un om de știință individual ar considera imposibil de egalat. Astfel de instrumente AI, atunci când sunt cuplate cu viitoare computere cuantice, ar fi capabile să simuleze rapid noi molecule pentru a răspunde oricărei necesități specificate, pe baza celei mai promițătoare teorii. Teoria va fi apoi analizată folosind teste de laborator autonome, unde un alt algoritm ar evalua rezultatele, ar identifica lacune sau defecte și ar extrage informații noi. Ar apărea noi întrebări și astfel procesul ar începe din nou într-un ciclu virtuos. Într-un astfel de scenariu, oamenii de știință ar supraveghea procese și inițiative științifice complexe în loc de experimente individuale.

Impact perturbator

Un exemplu al modului în care AI a fost folosită pentru a accelera descoperirea științifică a fost crearea vaccinului COVID-19. Un consorțiu de 87 de organizații, de la mediul academic la firme de tehnologie, a permis cercetătorilor globali să acceseze supercomputere (dispozitive cu capabilități de calcul de mare viteză care pot rula algoritmi ML) pentru a utiliza AI pentru a verifica datele și studiile existente. Rezultatul este un schimb gratuit de idei și rezultate ale experimentelor, acces deplin la tehnologie avansată și o colaborare mai rapidă și mai precisă. Mai mult, agențiile federale realizează potențialul AI de a dezvolta rapid noi tehnologii. De exemplu, Departamentul de Energie al SUA (DOE) a cerut Congresului un buget de până la 4 miliarde USD pe 10 ani pentru a investi în tehnologii AI pentru a stimula descoperirile științifice. Aceste investiții includ supercalculatoare „exascale” (capabile să efectueze volume mari de calcule).

În mai 2022, DOE a comandat firma de tehnologie Hewlett Packard (HP) să creeze cel mai rapid supercomputer exascale, Frontier. Se anticipează că supercomputerul va rezolva calculele ML de până la 10 ori mai rapid decât supercalculatoarele de astăzi și va găsi soluții la probleme care sunt de 8 ori mai complexe. Agenția vrea să se concentreze pe descoperiri în diagnosticarea cancerului și a bolilor, a energiei regenerabile și a materialelor durabile.

DOE a finanțat multe proiecte de cercetare științifică, inclusiv spargerea atomilor și secvențierea genomului, ceea ce a dus la administrarea agenției de baze de date masive. Agenția speră că aceste date ar putea duce într-o zi la descoperiri care pot promova producția de energie și asistența medicală, printre altele. De la deducerea de noi legi fizice la noi compuși chimici, se așteaptă ca AI/ML să facă munca grea care ar elimina ambiguitățile și ar crește șansele de succes în cercetarea științifică.

Implicațiile AI accelerează descoperirea științifică

Implicațiile mai largi ale AI care accelerează descoperirea științifică pot include:

Facilitarea integrării rapide a cunoștințelor în diferite discipline științifice, promovând soluții inovatoare la probleme complexe. Acest beneficiu ar încuraja colaborarea multidisciplinară, combinând perspective din domenii precum biologia, fizica și informatica.
AI fiind folosit ca asistent de laborator universal, analizând seturi de date vaste mult mai rapid decât oamenii, ceea ce duce la generarea și validarea mai rapidă a ipotezelor. Automatizarea sarcinilor de rutină de cercetare îi va elibera pe oamenii de știință să se concentreze pe probleme complexe și pe analizarea testelor și a rezultatelor experimentelor.
Cercetătorii care investesc în oferirea creativității AI pentru a-și dezvolta propriile întrebări și soluții la anchetele științifice din diferite domenii de studiu.
Accelerarea explorării spațiului pe măsură ce AI va ajuta la procesarea datelor astronomice, la identificarea obiectelor cerești și la planificarea misiunilor.
Unii oameni de știință insistă asupra faptului că colegul sau co-cercetătorul lor AI ar trebui să primească drepturi de autor intelectuale și credite de publicare.
Mai multe agenții federale care investesc în supercalculatoare, permițând oportunități de cercetare din ce în ce mai avansate pentru universități, agenții publice și laboratoare științifice din sectorul privat.
Dezvoltare mai rapidă a medicamentelor și descoperiri în știința materialelor, chimie și fizică, ceea ce poate duce la o varietate infinită de inovații viitoare.