كيف غيرت خوارزميات الذكاء الاصطناعي مسار الاكتشافات العلمية؟

يشهد عالمنا تحولا جذريا بفضل التقدم السريع في مجال العلوم والتكنولوجيا. لقد دخلنا حقبة جديدة تتميز بقدرة غير مسبوقة على حل المشاكل المعقدة التي طالما حيرت البشرية. كان التقدم العلمي بطيئًا نسبيًا في العقود الماضية، ولكن في السنوات القليلة الماضية فقط حدثت تطورات في مجالات… أدت التقنيات الناشئة سابقًا مثل الذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية إلى تسريع وتيرة الاكتشافات العلمية بشكل كبير.

إن الاكتشافات التي توصلنا إليها حتى الآن هي نتيجة تعاون طويل الأمد بين مختلف أصحاب المصلحة، من العلماء وخبراء التكنولوجيا إلى صناع القرار، وتمثل خريطة طريق واضحة لكيفية الاستفادة من الذكاء الاصطناعي لتحقيق تقدم كبير في مختلف المجالات، وبما يخدم مصالح الإنسانية.

ولكن ما هي هذه الاكتشافات المذهلة التي فتحت أبوابًا جديدة للعلم، وكيف سهّل الذكاء الاصطناعي الوصول إليها، وماذا يخبئ لنا المستقبل؟

1- كسر التحدي الكبير الذي دام 50 عامًا للتنبؤ ببنية البروتين:

لطالما كان تحديد بنية البروتين هو المفتاح لفهم كيفية عمل الكائنات الحية، لكنه كان تحديًا مستعصيًا على مدار عقود، وبفضل الذكاء الاصطناعي، تمكن العلماء من حله. وفي عام 2022 كشفت شركة جوجل (ديب مايند) عن نموذج (ألفا فولد 2) ، الذي كان قادرًا على التنبؤ بدقة مذهلة بهياكل 200 مليون بروتين، محققًا دقة تنبؤية مماثلة لتلك التي تم تحقيقها في التجارب المعملية المعقدة.

ويمثل هذا الإنجاز نقلة نوعية في علم الأحياء الحسابي والهندسة الحيوية، حيث أن تحديد بنية بروتين واحد عادة ما يستغرق سنة أو أكثر، في حين أن نموذج AlphaFold يمكنه القيام بذلك في دقائق معدودة.

ومن خلال نشر توقعات بنية البروتين في قاعدة بيانات مجانية، تمكن العلماء في جميع أنحاء العالم من تسريع وتيرة الأبحاث في مجالات حيوية مثل: تطوير أدوية جديدة، ومكافحة مقاومة المضادات الحيوية، والتصدي لتحدي التلوث البلاستيكي. والآن، يتطلع نموذج AlphaFold 3، الذي يمكنه التنبؤ بهياكل البروتينات بالإضافة إلى تفاعلاتها مع DNA وRNA والجزيئات الأخرى، إلى التوسع في هذه التطورات.

ومن الجدير بالذكر أن مبتكري نموذج AlphaFold فازوا بجائزة نوبل في الكيمياء هذا العام. وحصل ديفيد بيكر من جامعة واشنطن على نصف الجائزة بفضل مساهماته في تصميم البروتينات باستخدام أجهزة الكمبيوتر، بينما فاز ديميس هاسابيس وجون جامبر من شركة DeepMind بالنصف الآخر من الجائزة. تقديراً لمساهماتهم البارزة في مجال تصميم البروتين والتنبؤ ببنيته.

2- رسم خريطة للدماغ البشري :

لطالما كان الدماغ البشري بغموضه واتصالاته المعقدة لغزاً للعلماء، وفي خطوة نحو فك شفرته، تعاونت شركة جوجل مع… مختبر ليشتمان في جامعة هارفاردلرسم خريطة لجزء صغير من الدماغ البشري بمستوى من التفصيل لم يتم تحقيقه من قبل.

نجح فريق أبحاث جوجل في تطوير أدوات ذكاء اصطناعي متقدمة لبناء نموذج تفاعلي ثلاثي الأبعاد لأنسجة المخ. وهذا النموذج الذي يمثل… خريطة تفصيلية لـ 1.4 بيتابايت من البياناتيكشف عن مستوى مذهل من التعقيد في بنية الدماغ.

وفي عينة لا يزيد حجمها عن حبة الرمل، اكتشف الباحثون شبكة معقدة مكونة من نحو 50 ألف خلية عصبية متصلة عبر 150 مليون مشبك عصبي، مما يشير إلى أن الدماغ البشري أكثر تعقيدا بكثير مما كنا نعتقد. والأكثر إثارة للاهتمام هو اكتشاف روابط قوية بشكل غير عادي بين بعض أزواج الخلايا العصبية، مع ما يصل إلى 50 نقطة اشتباك عصبي بينها.

يمثل هذا الإنجاز العلمي الضخم نقطة تحول في مجال علم الأعصاب، حيث يزود الباحثين بقاعدة بيانات غنية بالمعلومات التي يمكن استخدامها لفهم آليات الدماغ بشكل أفضل وتطوير علاجات جديدة للأمراض العصبية مثل مرض الزهايمر والصرع ومرض باركنسون.

3- إنقاذ الأرواح من خلال التنبؤ الدقيق بالفيضانات:

بدأ مشروع التنبؤ بالفيضانات في جوجل في عام 2018، بدا الأمر وكأنه حلم بعيد المنال، حيث اعتقد الكثيرون أنه من المستحيل تقديم توقعات دقيقة للفيضانات على نطاق واسع، نظرا لندرة البيانات. ومع ذلك، تمكن الباحثون في جوجل من تطوير نموذج ذكاء اصطناعي يحقق الموثوقية في التنبؤ بالأحداث النهرية المتطرفة في مستجمعات المياه غير المطورة. يتم قياسها في مهلة زمنية تصل إلى خمسة أيام مع موثوقية تطابق أو تتجاوز تلك الخاصة بالنشرات الآنية.

وفي هذا العام، قامت Google بتوسيع هذه التغطية لتشمل 100 دولة و700 مليون شخص حول العالموتحسين نموذج الذكاء الاصطناعي بحيث يوفر نفس الدقة في مدة زمنية قدرها سبعة أيام كاملة بدلاً من خمسة، مما يوفر الوقت الكافي لاتخاذ الإجراءات الوقائية اللازمة.

4- ثورة في مكافحة حرائق الغابات بفضل الذكاء الاصطناعي:

تتصاعد حدة حرائق الغابات حول العالم بسبب تغير المناخ، مما يشكل تهديدا كبيرا للمجتمعات والبيئة. ولمواجهة هذا التحدي، أطلقت جوجل بالشراكة مع مصلحة الغابات الأمريكية مشروعًا (فايرساتوهو نظام مبتكر يجمع بين أحدث تقنيات الذكاء الاصطناعي وأسطول من الأقمار الصناعية للكشف المبكر عن حرائق الغابات وتتبعها بدقة عالية.

ويتميز FireSat بقدرته على اكتشاف الحرائق الصغيرة جداً، بحجم قاعة دراسية، وتقديم صور عالية الدقة خلال 20 دقيقة، مما يمكن فرق الإطفاء من التدخل بسرعة وفعالية، مما ينقذ الأرواح والممتلكات والموارد الطبيعية.

5- تحسين نماذج التنبؤ بالطقس:

وفي إنجاز علمي ملحوظ، كشفت شركة Google DeepMind عام 2023 عن نموذجها (GraphCast)، الذي يمثل نقلة نوعية في مجال التنبؤ بالطقس، والذي يستخدم تقنيات التعلم الآلي لتقديم تنبؤات جوية دقيقة على مدى الأيام العشرة المقبلة، متفوقًا بشكل كبير على النماذج التقليدية. المستخدمة في هذا المجال.

يتميز نموذج GraphCast بالسرعة الفائقة والدقة العالية في التنبؤ بمجموعة متنوعة من الظواهر الجوية، بدءًا من درجات الحرارة وهطول الأمطار وحتى مسارات الأعاصير والعواصف. وأثبت النموذج فعاليته في التنبؤ بمسار إعصار لي الذي ضرب نوفا سكوتيا بكندا، حيث تمكن من التنبؤ بدقة بمسار الإعصار قبل النماذج التقليدية بثلاثة أيام، مما ساهم في توفير الوقت الكافي لاتخاذ الإجراءات الاحترازية اللازمة.

يمكن استخدام نموذج GraphCast في العديد من المجالات، مثل الزراعة وإدارة الكوارث والتخطيط الحضري. كما أنه يفتح الباب أمام تطوير نماذج أكثر تطوراً للتنبؤ بظواهر طبيعية أخرى.

6- تنمية حدود التفكير الرياضي :

لطالما مثلت الرياضيات، وخاصة الهندسة، تحديًا كبيرًا للذكاء الاصطناعي نظرًا لتعقيدها وحاجتها إلى قدر كبير من الفهم والتفكير الاستنتاجي. وحتى مع تطور خوارزميات التعلم الآلي، لم تتمكن الأنظمة الذكية من حل المشكلات الهندسية المعقدة التي تتطلب مستوى عالٍ من الإبداع ومرونة التفكير.

لكن هذا الوضع تغير هذا العام، كما كشفت جوجل (هندسة ألفا)، وهو نموذج ذكاء اصطناعي يحل مسائل هندسية معقدة بمستوى أداء يضاهي أداء المتنافسين على الميدالية الذهبية في الأولمبياد الدولي للرياضيات، وهو ما يمثل تطورا كبيرا في أداء الذكاء الاصطناعي والسعي نحو أنظمة ذكاء اصطناعي عام أكثر تقدما.

نحن نقدم أول ذكاء اصطناعي يحل مشاكل الأولمبياد الرياضي الدولي على مستوى الحائز على الميدالية الفضية.🥈

فهو يجمع بين AlphaProof، وهو نموذج جديد للاستدلال الرسمي، وAlphaGeometry 2، وهو نسخة محسنة من نظامنا السابق. 🧵 pic.twitter.com/h2mcLLRJjk

— جوجل ديب مايند (@GoogleDeepMind) 25 يوليو 2024

ولم يتوقف الأمر عند هذا الحد. قامت Google بتدريب AlphaGeometry 2 على نموذج Gemini ودمجه في نموذج جديد يسمى AlphaProof. كلا النموذجين معا لقد نجح في حل 83% من جميع المسائل الهندسية التي ظهرت في أولمبياد الرياضيات الدولي على مدار الـ 25 عامًا الماضية.

7- توقع التفاعل الكيميائي بدقة:

وتعاونت جوجل مع فريق بحث مشترك من جامعات كاليفورنيا وبيركلي وكولومبيا في عام 2020ولإجراء أكبر محاكاة كيميائية باستخدام الحاسوب الكمي حتى الآن، أظهرت نتائج هذه المحاكاة، التي نُشرت عام 2022، إمكانية استخدام الحوسبة الكمومية لحل المشكلات الكيميائية المعقدة بدقة أعلى من الطرق التقليدية.

والأمر الأكثر إثارة للإعجاب هو أن الباحثين تمكنوا من التغلب على أحد التحديات الرئيسية التي تواجه الحوسبة الكمومية: الأخطاء الناتجة عن الطبيعة الهشة للحسابات الكمومية.

ومن المتوقع أن تساهم هذه النتائج في تطوير فهمنا للتفاعلات الكيميائية وحركة الجسيمات على المستوى الجزيئي. وبفضل هذه القدرة على إجراء عمليات محاكاة دقيقة، يستطيع العلماء تطوير مواد جديدة ذات خصائص محددة، وتصميم أدوية أكثر فعالية، وفهم آليات التفاعلات الكيميائية المعقدة بشكل أفضل.

خاتمة:

هذه الإنجازات هي مجرد بداية لما يمكن أن يحققه الذكاء الاصطناعي في العلوم. مع استمرار تطور التكنولوجيا، يمكننا أن نتوقع المزيد من الاكتشافات العلمية التي ستغير حياتنا بشكل جذري. ومع ذلك، يجب علينا الحذر من المخاطر المحتملة للذكاء الاصطناعي، وتطويره بطريقة مسؤولة وأخلاقية.

نسخ الوصلة تم نسخ الرابط