第一财经头条 10月29日 20:43
AI驱动科学研究新范式:从沙漠取水到蛋白质设计
index_new5.html
../../../zaker_core/zaker_tpl_static/wap/tpl_guoji1.html

 

本文聚焦人工智能在科学研究领域的颠覆性应用。加州大学伯克利分校的奥马尔·亚基教授展示了AI设计的零能耗沙漠取水装置,并介绍了由ChatGPT驱动的虚拟科研团队如何加速多孔有机框架材料的研发。此外,2024年诺贝尔化学奖得主戴维·贝克教授阐述了RF Diffusion3模型如何实现蛋白质的“从头设计”,为疾病干预和基础研究带来突破。2020年诺贝尔化学奖得主珍妮弗·道德纳教授则探讨了CRISPR与AI结合在个性化基因治疗中的潜力。这些案例共同预示着AI正成为科学思维的新体,加速理论构建、实验优化和应用创新。

💡 **AI赋能科学发现与创新:** 文章强调AI正成为科学思维的新载体,能够主动构建理论模型、提出可证伪假说,并在与世界的交互中持续修正理解。以零能耗沙漠取水装置为例,展示了AI在材料设计和解决实际问题上的潜力。

🔬 **虚拟科研团队加速研发进程:** 通过ChatGPT创建的Agents虚拟科研团队,能够高效执行实验设计、文献检索、数据分析等任务,显著缩短了研发周期。例如,在多孔有机框架材料COF-323的结晶过程优化中,实现了数天内完成上百次实验,并实现从无定形到高结晶的飞跃。

🧬 **AI驱动蛋白质工程与基因治疗:** RF Diffusion3模型实现了蛋白质的“从头设计”,能够根据功能需求生成精确的三维结构蓝图,为神经退行性疾病干预、酶工程以及GPCR研究提供了新策略。同时,CRISPR与机器学习的结合,通过系统性制造“基因扰动”,极大地提升了基因功能筛选的效率,为个性化基因治疗奠定基础。

🔄 **“设计-构建-测试-学习”闭环的重要性:** 高效的“设计-构建-测试-学习”迭代循环是AI模型快速发展的关键。AI进行预测设计,实验室进行快速验证,实验数据即时反馈给模型用于优化参数,形成一个紧密耦合的反馈机制,是推动科学研究不断前进的动力。

发现式智能可以主动构建关于世界的可检验理论模型,并提出可被证伪的假说,在与世界的交互与自我反思中持续修正其理解框架的智能,这是真正意义的通用人工智能(AGI)。

一个零能耗的便携式取水装置,被放置在空气湿度不到15%,在极其炎热的美国沙漠“死亡谷”中,很快成功地从大气中取到了饮用水。这个堪称旅行者救命稻草的神器,由ChatGPT分子优化编辑设计的材料所制成的。

这是在首届天桥脑科学研究院AI驱动科学研讨会上,新晋2025年诺贝尔化学奖得主、加州大学伯克利分校的奥马尔·亚基(OmarYaghi)分享的沙漠取水神器设计。

他表示:“AI正在成为新的科学思维体。借助人工智能,我们正在赋予科学自行思考、推理和演进的能力。一个由生成式AI、自学习Agents机器人智能体共同驱动的科学循环系统。”

除了AI设计的沙漠取水神器,亚基和团队基于ChatGPT创建的七个Agents组成虚拟科研团队,分工执行实验设计、文献检索、算法优化、实验安全与数据分析等任务,共同设计并优化了多孔有机框架材料COF-323的结晶过程,在几天内完成了上百次实验,持续优化条件,实现从无定形到高结晶的飞跃。

同时,他们还训练ChatGPT阅读数千份合成报告并进行推理,证明该模型的预测性能优于许多传统启发式方法,让ChatGPT从一个文本生成器演变成一个科学推理引擎。

当天,2024年诺贝尔化学奖得主、华盛顿大学的戴维·贝克(DavidBaker)教授则分享了AI如何“从头设计”蛋白质工程领域。

贝克团队开发的RF Diffusion3模型是一种能够在三维结构空间中进行运算的先进生成式AI模型。研究人员仅需输入期望的分子功能,该模型便能生成具有相应功能的新型蛋白质的精确三维结构蓝图。

基于这一技术,团队已取得多项突破性成果:在神经退行性疾病研究方面,设计出能特异性捕获β-淀粉样蛋白的新型肽类结合物,为阿尔茨海默病干预提供新策略;在酶工程领域,成功开发了首个“从头设计”的蛋白酶;在基础研究工具开发上,研制了新型的GPCR激动剂与拮抗剂,为神经科学中复杂的细胞通讯和信号传导研究提供了强力工具。

贝克指出,AI模型的快速发展高度依赖于一个与实验数据紧密耦合的“反馈闭环”。他强调,一个高效的“设计-构建-测试-学习”迭代循环是必不可少的:AI进行预测设计,实验室进行快速验证,而实验产生的数据都将即时反馈给模型,用于优化算法参数。

2020年诺贝尔化学奖得主、加州大学伯克利分校的珍妮弗·道德纳(JenniferDoudna)教授分享了基因编辑工具CRISPR与AI的结合如何影响个性化基因治疗。她提出了CRISPR与机器学习的协同进化,利用CRISPR技术在细胞系中系统性地制造“基因扰动”(geneperturbations),从而大规模、高效率地筛选并鉴定每个基因的具体功能,为构建因果数据集提供关键工具。

盛大集团和天桥脑科学研究院创始人陈天桥现场表示,发现式智能是真正的通用人工智能。为此,他宣布将投入10亿美元算力,支持全球科学家的创新人工智能研究。

他表示:“人类的进化从未停止,只是方式改变了。我们的工具(现在包括AI)是进化的外部器官。”

他还预计真正改变智能的下一个算法不会出现在数据中心。“它会出现在笔记本电脑上。”他说。

Fish AI Reader

Fish AI Reader

AI辅助创作,多种专业模板,深度分析,高质量内容生成。从观点提取到深度思考,FishAI为您提供全方位的创作支持。新版本引入自定义参数,让您的创作更加个性化和精准。

FishAI

FishAI

鱼阅,AI 时代的下一个智能信息助手,助你摆脱信息焦虑

联系邮箱 441953276@qq.com

相关标签

AI 科学研究 发现式智能 通用人工智能 AGI 沙漠取水 蛋白质设计 基因编辑 CRISPR 机器学习 生成式AI 虚拟科研团队 反馈闭环 Omar Yaghi David Baker Jennifer Doudna
相关文章