ปัญญาประดิษฐ์วิเคราะห์ข้อมูลทดลอง

ห้องปฏิบัติการวิจัยสมัยใหม่ใช้ปัญญาประดิษฐ์ (AI) ในการประมวลผลผลลัพธ์การทดลองด้วยความรวดเร็วที่ไม่เคยมีมาก่อน โดยการผสาน AI กับเครื่องมืออัตโนมัติและซูเปอร์คอมพิวเตอร์ นักวิทยาศาสตร์สามารถวิเคราะห์ชุดข้อมูลขนาดใหญ่ได้แบบ เรียลไทม์ ระบุรูปแบบได้ทันที และแม้แต่ ทำนาย ผลลัพธ์โดยไม่ต้องทำการทดลองแบบเดิมที่ช้า ความสามารถนี้กำลังปฏิวัติวงการตั้งแต่วัสดุศาสตร์จนถึงชีววิทยา

ด้านล่างนี้เราจะสำรวจวิธีหลักที่ AI ช่วยให้การวิเคราะห์ข้อมูลในห้องปฏิบัติการเร็วขึ้นมาก:

สี่แอปพลิเคชันปฏิวัติวงการของ AI ในการวิเคราะห์ห้องปฏิบัติการ

ห้องปฏิบัติการที่ขับเคลื่อนด้วย AI

ระบบอัตโนมัติขับเคลื่อนด้วย AI ในห้องปฏิบัติการ

นักวิจัยกำลังสร้าง ห้องปฏิบัติการอัตโนมัติ ที่ดำเนินการทดลองโดยมีการแทรกแซงของมนุษย์น้อยที่สุด เช่น ศูนย์ A-Lab ของ Lawrence Berkeley Lab ที่จับคู่ AI กับแขนหุ่นยนต์: AI แนะนำวัสดุใหม่ให้ลอง และหุ่นยนต์ผสมและทดสอบอย่างรวดเร็ว วงจรนี้ของ "นักวิทยาศาสตร์หุ่นยนต์" ช่วยให้สารประกอบที่มีศักยภาพได้รับการยืนยันเร็วขึ้นมากกว่าการศึกษาแบบแมนนวล

ในทำนองเดียวกัน โครงการ FutureHouse ของ MIT กำลังพัฒนาเอเจนต์ AI เพื่อจัดการงานต่างๆ เช่น การค้นคว้าวรรณกรรม การวางแผนการทดลอง และ การวิเคราะห์ข้อมูล เพื่อให้นักวิทยาศาสตร์สามารถมุ่งเน้นการค้นพบแทนงานซ้ำซาก

ตัวอย่างที่โดดเด่นคือกล้องจุลทรรศน์ขับเคลื่อนด้วยตัวเองของ Argonne National Laboratory ในระบบนี้ อัลกอริทึม AI เริ่มต้นด้วยการสแกนจุดสุ่มไม่กี่จุดบนตัวอย่าง จากนั้นทำนายว่าคุณสมบัติที่น่าสนใจถัดไปอาจอยู่ที่ใด

การควบคุม AI แบบทันทีช่วยขจัดความจำเป็นในการแทรกแซงของมนุษย์และเร่งการทดลองอย่างมาก

— นักวิทยาศาสตร์ Argonne National Laboratory

โดยการเน้นเฉพาะพื้นที่ที่มีข้อมูลมากและข้ามพื้นที่ที่สม่ำเสมอ กล้องจุลทรรศน์รวบรวมภาพที่มีประโยชน์ได้เร็วกว่าแบบสแกนทีละจุดแบบดั้งเดิม ในทางปฏิบัติ หมายความว่าใช้เวลาบนอุปกรณ์ที่มีความต้องการสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น: นักวิจัยสามารถทำการสแกนความละเอียดสูงหลายครั้งในเวลาที่วิธีแมนนวลทำได้เพียงครั้งเดียว

ระบบอัตโนมัติทางวิทยาศาสตร์ขับเคลื่อนด้วย AI

การประมวลผลข้อมูลแบบเรียลไทม์ในสถานที่วิจัย

สถานที่วิจัยขนาดใหญ่ใช้ AI วิเคราะห์ข้อมูล ทันทีที่สร้างขึ้น ที่ Berkeley Lab ข้อมูลดิบจากกล้องจุลทรรศน์และกล้องโทรทรรศน์ถูกสตรีมตรงไปยังซูเปอร์คอมพิวเตอร์

การวิเคราะห์ข้อมูล AI แบบเรียลไทม์

โมเดลทำนายเพื่อข้อมูลเชิงลึกอย่างรวดเร็ว

AI ไม่เพียงแต่เร่งการทดลองที่มีอยู่เท่านั้น แต่ยังแทนที่งานช้าในห้องปฏิบัติการด้วย การทดลองเสมือน เช่น ในด้านจีโนมิกส์ นักเคมีที่ MIT ได้พัฒนา ChromoGen ซึ่งเป็น AI สร้างสรรค์ที่เรียนรู้ไวยากรณ์ของการพับดีเอ็นเอ

เมื่อได้รับลำดับดีเอ็นเอ ChromoGen สามารถ "วิเคราะห์อย่างรวดเร็ว" และสร้างโครงสร้างโครมาติน 3 มิติได้เป็นพันๆ โครงสร้างภายในไม่กี่นาที ซึ่งเร็วกว่าวิธีการในห้องปฏิบัติการแบบดั้งเดิมมาก: ในขณะที่การทดลอง Hi-C อาจใช้เวลาหลายวันหรือหลายสัปดาห์ในการทำแผนที่จีโนมสำหรับเซลล์ชนิดหนึ่ง ChromoGen สามารถสร้างโครงสร้างที่ทำนายได้ 1,000 โครงสร้างในเวลาเพียง 20 นาทีบน GPU เดียว

ในชีววิทยา ทีมงานที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบียฝึกโมเดล "พื้นฐาน" ด้วยข้อมูลจากเซลล์มากกว่าล้านเซลล์เพื่อทำนายกิจกรรมของยีน AI ของพวกเขาสามารถทำนายว่ายีนใดถูกเปิดใช้งานในเซลล์ชนิดใดๆ ได้ โดยจำลองสิ่งที่การทดลองแสดงออกของยีนขนาดใหญ่จะให้เห็น ตามที่นักวิจัยกล่าวว่า โมเดลทำนาย เหล่านี้ช่วยให้สามารถทำการทดลองเชิงคำนวณขนาดใหญ่ที่รวดเร็วและแม่นยำ ซึ่งช่วยชี้นำและเสริมงานในห้องปฏิบัติการเปียก

ในการทดสอบ การทำนายการแสดงออกของยีนสำหรับเซลล์ชนิดใหม่ของ AI สอดคล้องอย่างใกล้ชิดกับการวัดจริงจากการทดลอง

การสร้างแบบจำลองทำนายในจีโนมิกส์ด้วย AI

ผลกระทบและแนวโน้มในอนาคต

การผสาน AI เข้ากับกระบวนการทดลองกำลังเปลี่ยนแปลงวิทยาศาสตร์ โดยการอัตโนมัติการวิเคราะห์ข้อมูลและแม้แต่การตัดสินใจระหว่างการทดลอง AI เปลี่ยนสิ่งที่เคยเป็นคอขวดให้กลายเป็นกระบวนการที่รวดเร็วขึ้นอย่างมาก

มุ่งเน้นที่การค้นพบในขณะที่เครื่องจักรจัดการงานซ้ำซากและการวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่แบบเรียลไทม์

— นักวิจัย

กล่าวอีกนัยหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์สามารถทำการทดลองได้มากขึ้นและสรุปผลได้เร็วขึ้นกว่าที่เคย

การทดลองอัตโนมัติด้วย AI จะเร่งความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์อย่างมีนัยสำคัญ

— นักฟิสิกส์ Argonne National Laboratory

มองไปข้างหน้า เราคาดว่า AI จะมีบทบาทเพิ่มขึ้น: ห้องปฏิบัติการจะใช้เครื่องมือขับเคลื่อนด้วยตัวเองมากขึ้น และหลายสาขาจะพึ่งพาการวิเคราะห์และการทำนายด้วย AI อย่างรวดเร็ว

ความร่วมมือระหว่าง AI และมนุษย์

หมายความว่าวงจรของสมมติฐาน การทดลอง และผลลัพธ์จะสั้นลง จากปีเป็นเดือนหรือแม้แต่วัน