科技創(chuàng)新世界潮|人工智能助力應(yīng)對科研大挑戰(zhàn)

近年來，人工智能（AI）領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，ChatGPT橫空出世，引發(fā)生成式AI創(chuàng)業(yè)熱潮。英國《新科學(xué)家》雜志網(wǎng)站在近日的報道中指出，很多科研團隊和公司正在利用AI應(yīng)對人類目前面臨的最大的科學(xué)挑戰(zhàn)：從破譯蛋白質(zhì)的秘密，到研制出新藥，再到應(yīng)對氣候變化以及實現(xiàn)可商用的核聚變發(fā)電等。

揭示蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

阿爾法折疊2（AlphaFold?2）利用結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)建立的人類核孔復(fù)合體模型。
圖片來源：《自然》網(wǎng)站

根據(jù)蛋白質(zhì)氨基酸序列來確定其折疊結(jié)構(gòu)一直是生物學(xué)領(lǐng)域的“老大難”。有些氨基酸和其他氨基酸相互吸引、相互作用，有些氨基酸則具有疏水性，而且氨基酸鏈形成了復(fù)雜的形狀，令人難以精準確定，研究人員往往需要數(shù)年時間才能解決一個折疊結(jié)構(gòu)。

英國“深度思維”公司于2020年底首次宣布研發(fā)出一種AI方法來精準預(yù)測蛋白質(zhì)的折疊結(jié)構(gòu)。2021年，他們宣布已繪制出人體中98.5%的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)圖。

2022年7月，該公司AI程序“阿爾法折疊”已經(jīng)預(yù)測出迄今已知幾乎所有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，在短短18個月內(nèi)破解了生物學(xué)領(lǐng)域的重大難題之一。

這些數(shù)據(jù)能幫助人類抗擊瘧疾、應(yīng)對抗生素耐藥性，以及制造出能夠分解塑料的酶，還將推進新藥研發(fā)進程。

研制未來的藥品

在AI出現(xiàn)之前，研制出新藥所需的時間越來越長，成本也越來越高。

如今，科學(xué)家已開始使用AI來自動化部分過程，例如獲取龐大而混亂的數(shù)據(jù)集，并以更容易分析的方式對其進行組織，或者使用AI編寫代碼來完成這些工作等。

今年初，加拿大多倫多大學(xué)與Insilico醫(yī)學(xué)公司合作，利用AI藥物發(fā)現(xiàn)平臺，發(fā)現(xiàn)了一種新的肝細胞癌靶點，這是以前未被發(fā)現(xiàn)的治療途徑，并開發(fā)出了一種可與該靶點結(jié)合的“新型打擊分子”，在30天內(nèi)研制出肝細胞癌的潛在治療藥物。

科學(xué)家還使用生成式AI來生成分子結(jié)構(gòu)?；ヂ?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)資訊網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計到2024年，AI新藥研發(fā)的市場規(guī)模將達到31.17億美元。不過截至目前，全球還沒有一款由AI研發(fā)的藥物成功上市。

應(yīng)對氣候變化

氣候變化是人類面臨的最大的難題之一。

鑒于此，巴黎理工學(xué)院研究人員使用AI確保渦輪機更頻繁地指向風(fēng)中，從而將產(chǎn)能提高了0.3%。如果得到推廣，增加的電力足以讓170萬戶英國家庭使用。

“深度思維”公司開發(fā)了AI來改進矩陣乘法和排序算法，將兩者的效率分別提高了20%和70%。這兩大算法每天都在世界各地的計算機上執(zhí)行數(shù)萬億次，效率的提高為減少計算產(chǎn)生的溫室氣體排放作出了重大貢獻。

元宇宙公司（Meta）利用AI開發(fā)出了一種新的混凝土制造工藝，可將碳排放降低40%。由于混凝土碳排放占全球碳排放總量的8%，新工藝也可能對人們應(yīng)對氣候變化有重要意義。

幫助商用核聚變發(fā)電

人們一直在努力創(chuàng)建高效、可靠的核聚變發(fā)電廠，但這一任務(wù)極具挑戰(zhàn)性。在托卡馬克聚變反應(yīng)堆內(nèi)，試圖精確而快速地控制多個線圈，并將等離子體壓縮成一個有限的形狀是非常困難的。

AI可以對托卡馬克線圈內(nèi)的等離子體進行更好地模擬計算。
圖片來源：每日科技網(wǎng)

盡管AI并沒有真正解決這個問題，但它正在提供幫助。去年，“深度思維”公司和瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院創(chuàng)建了一個能夠控制19個磁線圈的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，AI還能幫助將托卡馬克中的等離子體隨意改變形狀。

英國曼徹斯特大學(xué)的李·馬吉茨說，AI可能是核聚變發(fā)電“夢想照進現(xiàn)實”的轉(zhuǎn)折點。