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        科技創新世界潮|人工智能助力應對科研大挑戰

        作者:劉霞 2023-08-18 14:19 來源:科技日報 次閱讀
         
        科技創新世界潮|人工智能助力應對科研大挑戰

        近年來,人工智能(AI)領域發生了巨大變化,ChatGPT橫空出世,引發生成式AI創業熱潮。英國《新科學家》雜志網站在近日的報道中指出,很多科研團隊和公司正在利用AI應對人類目前面臨的最大的科學挑戰:從破譯蛋白質的秘密,到研制出新藥,再到應對氣候變化以及實現可商用的核聚變發電等。

        揭示蛋白質結構

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        阿爾法折疊2(AlphaFold?2)利用結構數據建立的人類核孔復合體模型。
        圖片來源:《自然》網站

        根據蛋白質氨基酸序列來確定其折疊結構一直是生物學領域的“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雜的形狀,令人難以精準確定,研究人員往往需要數年時間才能解決一個折疊結構。

        英國“深度思維”公司于2020年底首次宣布研發出一種AI方法來精準預測蛋白質的折疊結構。2021年,他們宣布已繪制出人體中98.5%的蛋白質的結構圖。

        2022年7月,該公司AI程序“阿爾法折疊”已經預測出迄今已知幾乎所有蛋白質結構,在短短18個月內破解了生物學領域的重大難題之一。

        這些數據能幫助人類抗擊瘧疾、應對抗生素耐藥性,以及制造出能夠分解塑料的酶,還將推進新藥研發進程。

        研制未來的藥品

        在AI出現之前,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據集,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,加拿大多倫多大學與Insilico醫學公司合作,利用AI藥物發現平臺,發現了一種新的肝細胞癌靶點,這是以前未被發現的治療途徑,并開發出了一種可與該靶點結合的“新型打擊分子”,在30天內研制出肝細胞癌的潛在治療藥物。

        科學家還使用生成式AI來生成分子結構?;ヂ摼W數據資訊網數據顯示,預計到2024年,AI新藥研發的市場規模將達到31.17億美元。不過截至目前,全球還沒有一款由AI研發的藥物成功上市。

        應對氣候變化

        氣候變化是人類面臨的最大的難題之一。

        鑒于此,巴黎理工學院研究人員使用AI確保渦輪機更頻繁地指向風中,從而將產能提高了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行數萬億次,效率的提高為減少計算產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對氣候變化有重要意義。

        幫助商用核聚變發電

        人們一直在努力創建高效、可靠的核聚變發電廠,但這一任務極具挑戰性。在托卡馬克聚變反應堆內,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。

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

        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”公司和瑞士聯邦理工學院創建了一個能夠控制19個磁線圈的神經網絡,AI還能幫助將托卡馬克中的等離子體隨意改變形狀。

        英國曼徹斯特大學的李·馬吉茨說,AI可能是核聚變發電“夢想照進現實”的轉折點。


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