ИИ может проводить в год миллион экспериментов с микроорганизмами

ИИ может проводить в год миллион экспериментов с микроорганизмами

24 May 2023
45

Система искусственного интеллекта (ИИ), разработанная специалистами Мичиганского университета (США), позволяет роботам проводить автономные научные эксперименты — до 10 000 в день, что может привести к резкому скачку в темпах открытий в различных областях — от медицины до сельского хозяйства и экологии.

Информация об этом опубликована в журнале Nature Microbiology.

Эта платформа искусственного интеллекта, получившая название BacterAI, составила карту метаболизма двух микробов, связанных со здоровьем полости рта, не имея для начала никакой исходной информации. Бактерии потребляют определенную комбинацию из 20 аминокислот, необходимых для поддержания жизни, но каждый вид требует конкретных питательных веществ для роста. Команда Мичиганского университета хотела узнать, какие аминокислоты необходимы полезным микробам в нашей полости рта, чтобы способствовать их росту.

Однако вычислить сочетание аминокислот, которое нравится бактериям, довольно сложно. Эти 20 аминокислот дают более миллиона возможных комбинаций, просто исходя из наличия или отсутствия каждой аминокислоты. Тем не менее система BacterAI смогла определить потребности в аминокислотах для роста Streptococcus gordonii и Streptococcus sanguinis.

Чтобы найти правильную формулу для каждого вида, BacterAI тестировал сотни комбинаций аминокислот в день, оттачивая свое внимание и меняя комбинации каждое утро на основе результатов предыдущего дня. В течение девяти дней он выдавал точные прогнозы в 90% случаев.

В отличие от традиционных подходов, при которых в модель машинного обучения подается набор размеченных данных, BacterAI создает свой собственный набор данных путем серии экспериментов. Анализируя результаты предыдущих экспериментов, система делает прогнозы о том, какие новые эксперименты могут дать ему наибольшую информацию. В результате менее чем за 4 000 экспериментов он выяснил большинство правил "кормления бактерий".

Разработчики рассказывают:

Мы хотели, чтобы наш ИИ "делал шаги и падал", как ребенок, который учится ходить, чтобы у него появлялись собственные идеи и ошибки. Каждый день он становится немного лучше, немного умнее.

Примерно 90% бактерий практически не изучены, и количество времени и ресурсов, необходимых для получения даже базовой научной информации о них традиционными методами, пугает. Автоматизированные эксперименты могут значительно ускорить эти открытия. Специалисты из Мичигана проводили до 10 000 экспериментов за один день.

Но возможности применения выходят за рамки микробиологии. Исследователи в любой области могут задавать вопросы как головоломки для ИИ, чтобы он решал их путем подобных проб и ошибок.