Более десяти лет доцент Массачусетского технологического института (MIT) Рафаэль Гомез-Бомбарелли использует искусственный интеллект для создания новых материалов. По мере развития технологий расширялись и его амбиции.
Теперь профессор, недавно получивший постоянное место в Массачусетском технологическом институте, считает, что искусственный интеллект способен преобразовать науку так, как это раньше было невозможно. Его работа в MIT и за его пределами направлена на ускорение этого будущего.
«Мы находимся на втором переломном этапе», — говорит Гомез-Бомбарелли. «Первый был примерно в 2015 году, когда появились первые волны репрезентативного обучения, генеративного искусственного интеллекта и больших объёмов данных в некоторых областях науки. Эти методы я впервые внедрил в своей лаборатории в MIT. Теперь, я думаю, мы находимся на втором переломном этапе, смешивая язык и объединяя несколько модальностей в общий научный интеллект. У нас будут все классы моделей и законы масштабирования, необходимые для рассуждений о языке, материальных структурах и рецептах синтеза».
Исследования Гомез-Бомбарелли сочетают физическое моделирование с такими подходами, как машинное обучение и генеративный искусственный интеллект, для открытия новых материалов с многообещающими приложениями в реальном мире. Его работа привела к созданию новых материалов для аккумуляторов, катализаторов, пластмасс и органических светодиодов (OLED). Он также стал соучредителем нескольких компаний и входил в научные консультативные советы стартапов, применяющих искусственный интеллект для открытия лекарств, робототехники и многого другого. Его последняя компания, Lila Sciences, работает над созданием платформы научного суперинтеллекта для отраслей наук о жизни, химической промышленности и материаловедения.
Вся эта работа направлена на то, чтобы будущее научных исследований было более слаженным и продуктивным, чем исследования сегодня.
«Искусственный интеллект для науки — одно из самых захватывающих и перспективных применений искусственного интеллекта», — говорит Гомез-Бомбарелли. «Другие приложения искусственного интеллекта имеют больше недостатков и неоднозначности. Искусственный интеллект для науки — это возможность приблизить лучшее будущее».
От экспериментов к моделированию
Гомез-Бомбарелли вырос в Испании и с ранних лет тяготел к естественным наукам. В 2001 году он выиграл конкурс по химии, что определило его академический путь в этой области. Он изучал химию в университете Саламанки, а затем остался там для получения докторской степени, где исследовал действие ДНК-повреждающих химических веществ.
«Моя докторская диссертация начиналась с экспериментов, а затем примерно в середине пути я увлёкся моделированием и информатикой», — рассказывает он. «Я начал моделировать те же химические реакции, которые измерял в лаборатории. Мне нравится, как программирование организует мышление; это казалось естественным способом организации мыслей. Программирование также гораздо менее ограничено тем, что вы можете сделать вручную или с помощью научных инструментов».
Затем Гомез-Бомбарелли отправился в Шотландию на должность постдокторанта, где изучал квантовые эффекты в биологии. Благодаря этой работе он познакомился с Аланом Аспuru-Гузиком, профессором химии в Гарвардском университете, к которому присоединился в 2014 году.
«Я был одним из первых, кто использовал генеративный искусственный интеллект для химии в 2016 году, и входил в первую команду, которая использовала нейронные сети для понимания молекул в 2015 году», — говорит Гомез-Бомбарелли. «Это были ранние дни глубокого обучения для науки».
Гомез-Бомбарелли также начал работать над устранением ручных аспектов молекулярного моделирования для проведения более высокопроизводительных экспериментов. Вместе со своими коллегами они провели сотни тысяч расчётов по материалам, открыв сотни перспективных материалов для тестирования.
После двух лет работы в лаборатории Гомез-Бомбарелли и Аспuru-Гузик основали компанию по компьютерным вычислениям общего назначения, которая со временем сфокусировалась на производстве органических светодиодов. Гомез-Бомбарелли присоединился к компании на полную ставку и называет это самым сложным, что он делал в своей карьере.
«Было потрясающе создавать что-то материальное», — говорит он. «Кроме того, увидев, как Аспuru-Гузик управляет лабораторией, я не хотел становиться профессором. Мой отец был профессором лингвистики, и я думал, что это спокойная работа. Но потом я увидел, как Аспuru-Гузик работает с группой из 40 человек, и он был в дороге 120 дней в году. Это было безумие. Я не думал, что у меня есть столько энергии и креативности».
В 2018 году Аспuru-Гузик предложил Гомез-Бомбарелли подать заявку на новую должность в Департаменте материаловедения и инженерии MIT. Но из-за своих опасений по поводу работы на факультете Гомез-Бомбарелли пропустил дедлайн. Аспuru-Гузик столкнулся с ним в офисе, хлопнул руками по столу и сказал: «Ты должен подать заявку на это». Этого было достаточно, чтобы Гомез-Бомбарелли собрал официальное заявление.
К счастью, в своей стартап-компании Гомез-Бомбарелли много времени размышлял о том, как создать ценность из вычислительных открытий в области материалов. Во время собеседования его привлекла энергия и дух сотрудничества в MIT. Он также начал ценить исследовательские возможности.
«Всё, что я делал в качестве постдокторанта и в компании, было лишь частью того, что я мог делать в MIT», — говорит он. «Я создавал продукты, и я всё ещё этим занимаюсь. Внезапно моя вселенная работы стала частью этой новой вселенной вещей, которые я мог исследовать и делать».
Прошло девять лет с тех пор, как Гомез-Бомбарелли присоединился к MIT. Сегодня его лаборатория фокусируется на том, как состав, структура и реактивность атомов влияют на характеристики материалов. Он также использовал высокопроизводительное моделирование для создания новых материалов и помогал разрабатывать инструменты для объединения глубокого обучения с физическим моделированием.
«Физическое моделирование позволяет алгоритмам данных и искусственного интеллекта становиться лучше по мере увеличения объёма данных», — говорит Гомез-Бомбарелли. «Существуют всевозможные благотворные циклы между искусственным интеллектом и моделированием».
Группа исследователей, которую он создал, полностью сосредоточена на вычислениях — они не проводят физических экспериментов.
«Это благословение, потому что у нас может быть огромный размах и делать много дел одновременно», — говорит он. «Мы любим работать с экспериментаторами и стараемся быть хорошими партнёрами. Мы также любим создавать вычислительные инструменты, которые помогают экспериментаторам отбирать идеи, поступающие из искусственного интеллекта».
Гомез-Бомбарелли по-прежнему сосредоточен на реальных приложениях изобретённых им материалов. Его лаборатория тесно сотрудничает с такими компаниями и организациями, как Industrial Liaison Program MIT, чтобы понять материальные потребности частного сектора и практические препятствия коммерческого развития.
Ускорение науки
По мере роста интереса к искусственному интеллекту Гомез-Бомбарелли видел, как эта область созревает. Такие компании, как Meta, Microsoft и Google DeepMind, теперь регулярно проводят физическое моделирование, напоминающее то, над чем он работал ещё в 2016 году. В ноябре Министерство энергетики США запустило программу Genesis Mission для ускорения научных открытий, обеспечения национальной безопасности и достижения энергетического доминирования с помощью искусственного интеллекта.
«Искусственный интеллект для моделирования перешёл от чего-то, что, возможно, могло сработать, к консенсусному научному взгляду», — говорит Гомез-Бомбарелли. «Мы находимся на переломном этапе. Люди мыслят на естественном языке, мы пишем статьи на естественном языке, и оказывается, что эти большие языковые модели, освоившие естественный язык, открыли возможность ускорить науку. Мы видели, что масштабирование работает для моделирования. Мы видели, что масштабирование работает для языка. Теперь мы увидим, как масштабирование работает для науки».
Когда он впервые пришёл в MIT, Гомез-Бомбарелли был поражён тем, насколько неконкурентными были отношения между исследователями. Он старается привнести это же позитивное мышление в свою исследовательскую группу, состоящую из примерно 25 аспирантов и постдоков.
«Мы естественным образом превратились в действительно разнообразную группу с разнообразными менталитетами», — говорит Гомез-Бомбарелли. «У каждого свои карьерные устремления, сильные и слабые стороны. Выяснять, как помочь людям быть лучшими версиями самих себя, — это весело. Теперь я стал тем, кто настаивает, чтобы люди подавали заявки на должности преподавателей после истечения срока подачи заявок. Наверное, я передал эту эстафету».
1. Какие методы и подходы использует Рафаэль Гомез-Бомбарелли в своей работе для ускорения научного прогресса?
Рафаэль Гомез-Бомбарелли использует искусственный интеллект, машинное обучение и генеративный искусственный интеллект для физического моделирования и открытия новых материалов. Он также работает над устранением ручных аспектов молекулярного моделирования для проведения более высокопроизводительных экспериментов.
2. Какие перспективы открывает использование искусственного интеллекта в научных исследованиях, по мнению Гомез-Бомбарелли?
По мнению Гомез-Бомбарелли, искусственный интеллект способен преобразовать науку и ускорить её прогресс. Он считает, что это перспективное и захватывающее применение искусственного интеллекта, которое может приблизить лучшее будущее.
3. Какие примеры успешного применения искусственного интеллекта в науке приводит Гомез-Бомбарелли?
Гомез-Бомбарелли приводит пример создания новых материалов для аккумуляторов, катализаторов, пластмасс и органических светодиодов (OLED) с помощью искусственного интеллекта. Он также упоминает работу над созданием платформы научного суперинтеллекта для отраслей наук о жизни, химической промышленности и материаловедения.
4. Какие цели и амбиции стоят перед лабораторией Гомез-Бомбарелли в MIT?
Лаборатория Гомез-Бомбарелли в MIT фокусируется на изучении того, как состав, структура и реактивность атомов влияют на характеристики материалов. Они также используют высокопроизводительное моделирование для создания новых материалов и разрабатывают инструменты для объединения глубокого обучения с физическим моделированием.
5. Как Гомез-Бомбарелли относится к сотрудничеству с экспериментаторами и коммерческому развитию изобретённых материалов?
Гомез-Бомбарелли считает сотрудничество с экспериментаторами важным аспектом своей работы. Его лаборатория тесно сотрудничает с такими компаниями и организациями, как Industrial Liaison Program MIT, чтобы понять материальные потребности частного сектора и практические препятствия коммерческого развития. Он по-прежнему сосредоточен на реальных приложениях изобретённых им материалов.