AI pospešuje znanstvena odkritja: znanstvenik, ki nikoli ne spi

• Avtor:
• ime avtorja

  Quantumrun Foresight
• December 12, 2023

Povzetek vpogleda

Umetna inteligenca, zlasti platforme, kot je ChatGPT, znatno pospešuje znanstvena odkritja z avtomatizacijo analize podatkov in ustvarjanja hipotez. Njegova zmožnost obdelave ogromnih količin znanstvenih podatkov je ključnega pomena za napredek na področjih, kot sta kemija in znanost o materialih. Umetna inteligenca je imela ključno vlogo pri razvoju cepiva proti covidu-19, kar ponazarja njegovo sposobnost hitrega sodelovalnega raziskovanja. Naložbe v superračunalnike v merilu eksa, kot je projekt Frontier Ministrstva za energijo ZDA, poudarjajo potencial umetne inteligence pri spodbujanju znanstvenih prebojev v zdravstvu in energiji. Ta integracija umetne inteligence v raziskave spodbuja multidisciplinarno sodelovanje in hitro testiranje hipotez, čeprav odpira tudi vprašanja o etičnih in intelektualnih posledicah umetne inteligence kot soraziskovalca.

AI pospeši kontekst znanstvenih odkritij

Znanost je sama po sebi ustvarjalni proces; raziskovalci morajo nenehno širiti svoj um in perspektive za ustvarjanje novih zdravil, kemičnih aplikacij in industrijskih inovacij na splošno. Vendar imajo človeški možgani svoje meje. Navsezadnje je v vesolju več možnih molekularnih oblik, kot je atomov. Nihče ne more pregledati vseh. Ta potreba po raziskovanju in testiranju neskončne raznolikosti možnih znanstvenih eksperimentov je znanstvenike spodbudila k nenehnemu sprejemanju novih orodij za razširitev njihovih raziskovalnih zmožnosti – najnovejše orodje je umetna inteligenca.
 
Uporabo umetne inteligence v znanstvenih odkritjih poganjajo (2023) globoke nevronske mreže in generativni okviri umetne inteligence, ki lahko množično ustvarjajo znanstveno znanje iz vsega objavljenega gradiva o določeni temi. Na primer, generativne platforme AI, kot je ChatGPT, lahko analizirajo in sintetizirajo ogromne količine znanstvene literature ter pomagajo kemikom pri raziskovanju novih sintetičnih gnojil. Sistemi umetne inteligence lahko brskajo po obsežnih zbirkah podatkov patentov, akademskih člankov in publikacij, oblikujejo hipoteze in usmerjajo raziskovalno smer.

Podobno lahko umetna inteligenca uporabi podatke, ki jih analizira, za oblikovanje izvirnih hipotez za razširitev iskanja novih molekularnih zasnov v obsegu, ki ga posamezni znanstvenik ne bi mogel doseči. Takšna orodja umetne inteligence bi bila v povezavi s prihodnjimi kvantnimi računalniki sposobna hitro simulirati nove molekule za reševanje katere koli specifične potrebe na podlagi najbolj obetavne teorije. Teorija bo nato analizirana z uporabo avtonomnih laboratorijskih testov, kjer bi drug algoritem ocenil rezultate, prepoznal vrzeli ali napake in izluščil nove informacije. Pojavila bi se nova vprašanja in tako bi se proces znova začel v dobrem ciklu. V takem scenariju bi znanstveniki nadzorovali zapletene znanstvene procese in pobude namesto posameznih poskusov.

Moteč vpliv

Eden od primerov, kako je bila umetna inteligenca uporabljena za pospešitev znanstvenih odkritij, je bila izdelava cepiva proti COVID-19. Konzorcij 87 organizacij, od akademskih krogov do tehnoloških podjetij, je svetovnim raziskovalcem omogočil dostop do superračunalnikov (naprav z visokohitrostnimi računalniškimi zmogljivostmi, ki lahko poganjajo algoritme ML) za uporabo umetne inteligence za prebiranje obstoječih podatkov in študij. Rezultat je brezplačna izmenjava idej in rezultatov poskusov, popoln dostop do napredne tehnologije ter hitrejše in natančnejše sodelovanje. Poleg tega zvezne agencije spoznavajo potencial umetne inteligence za hiter razvoj novih tehnologij. Na primer, ameriško ministrstvo za energijo (DOE) je zaprosilo kongres za proračun v višini do 4 milijard USD v 10 letih za naložbe v tehnologije umetne inteligence za spodbujanje znanstvenih odkritij. Te naložbe vključujejo superračunalnike "exascale" (zmožnost izvajanja velikih količin izračunov).

Maja 2022 je DOE naročilo tehnološkemu podjetju Hewlett Packard (HP), da ustvari najhitrejši superračunalnik v velikosti eksa, Frontier. Pričakuje se, da bo superračunalnik reševal izračune ML do 10x hitreje kot današnji superračunalniki in našel rešitve za probleme, ki so 8x bolj zapleteni. Agencija se želi osredotočiti na odkritja na področju diagnosticiranja raka in bolezni, obnovljivih virov energije in trajnostnih materialov. 

Ministrstvo za energijo je financiralo številne znanstvenoraziskovalne projekte, vključno z razbijalci atomov in sekvenciranjem genoma, zaradi česar je agencija upravljala ogromne baze podatkov. Agencija upa, da bi ti podatki nekega dne lahko povzročili preboje, ki bi lahko med drugim izboljšali proizvodnjo energije in zdravstveno varstvo. Od izpeljave novih fizikalnih zakonov do novih kemičnih spojin se pričakuje, da bo AI/ML opravil glavno delo, ki bo odpravilo dvoumnosti in povečalo možnosti za uspeh v znanstvenih raziskavah.

Posledice umetne inteligence za pospeševanje znanstvenih odkritij

Širše posledice AI, ki pospešuje znanstvena odkritja, lahko vključujejo: 

• Omogočanje hitre integracije znanja v različnih znanstvenih disciplinah, spodbujanje inovativnih rešitev kompleksnih problemov. Ta prednost bi spodbudila multidisciplinarno sodelovanje, združevanje spoznanj s področij, kot so biologija, fizika in računalništvo.
• Umetna inteligenca se uporablja kot vsestranski laboratorijski pomočnik, ki analizira obsežne nabore podatkov veliko hitreje kot ljudje, kar vodi do hitrejšega ustvarjanja in potrjevanja hipotez. Avtomatizacija rutinskih raziskovalnih nalog bo sprostila znanstvenike, da se bodo lahko osredotočili na zapletene probleme ter analiziranje testov in rezultatov poskusov.
• Raziskovalci, ki vlagajo v ustvarjanje umetne inteligence za razvoj lastnih vprašanj in rešitev za znanstvena poizvedovanja na različnih študijskih področjih.
• Pospeševanje raziskovanja vesolja kot umetne inteligence bo pomagalo pri obdelavi astronomskih podatkov, prepoznavanju nebesnih objektov in načrtovanju misij.
• Nekateri znanstveniki vztrajajo, da bi moral njihov kolega ali soraziskovalec dobiti intelektualne avtorske pravice in zasluge za objavo.
• Več zveznih agencij vlaga v superračunalnike, kar omogoča vedno več naprednih raziskovalnih priložnosti za znanstvene laboratorije univerz, javnih agencij in zasebnega sektorja.
• Hitrejši razvoj zdravil in preboji v znanosti o materialih, kemiji in fiziki, ki lahko vodijo do neskončne raznolikosti prihodnjih inovacij.

Vprašanja za komentiranje

• Če ste znanstvenik ali raziskovalec, kako vaša organizacija uporablja AI v raziskavah?
• Kakšna so možna tveganja, če bi imeli AI kot soraziskovalce?