20231215日晚1840分,信息科学前沿与产业创新课程暨588888纽约国际官方网站第二十一期“知存讲座”在纽约国际官方网站理科教学楼208教室顺利举办。阿里云飞天实验室算法专家傅昆受邀进行了主题为“AI for science:人工智能助力科学发现”的分享。本次活动由588888纽约国际官方网站党委副书记贾方健老师主持。

讲座现场

这次讲座讲述了AI发展和科学技术发展的联系以及前景,主要分为三个方面,分别为简介AI for science(缩写为AI4S);AI在科学技术发展上的具体应用;以及AI for science的发展前景。重点落在第二方面的应用上。

傅昆主讲

第一方面的讲解内容是简介AI for science。傅老师通过时间轴的方式,回顾了人工智能发展的历程和科学发展的历程,然后通过观察两条时间线的重合,发现人工智能与科学计算的逐渐融合,甚至于到现在的深度融合,不可分割,AI为科学研究提供了更多的劳动价值和灵感,为科学发展提供了十足的动力。

第二方面的讲解内容侧重应用。在简要介绍了AI4S之后,傅老师为同学们具体介绍了其在各个领域的具体应用方式与情况,为我们了解AI的作用做了直观的解释。

应用之一是蛋白质结构预测。在一场蛋白质结构预测的大赛上,著名AI模型AlphaFold预测蛋白质的精度大为突破,震惊世人,就连著名华裔结构生物学家张阳也表示:“虽然有一些心理准备,但是仍然惊讶得目瞪口呆。”说到蛋白质预测,同学们从一开始的蛋白质的结构入手,学习蛋白质的四层结构,了解到蛋白质的本质就是多粒子体系(主要是电磁力)的稳态。根据Anfinsen法则:一级结构决定蛋白质的3D结构。那预测蛋白质的结构,如何建模成机器学习问题呢?其实简化过后,就是输入氨基酸系列即以及结构,经过分析,利用模型(类似Transformer),输出重原子的坐标,当然最重要的就是分析环节了。

对于这个模型的成功,傅老师讲到,这既是方法的成功,也是数据和算力的成功;因为AlphaFold用的数据PDB1971年开始积累蛋白质3D结构数据,有了数十万的训练样本,并且直到现在,它还在不停的更新换代(AlphaFold-latest)。

应用之二是药物发现和分子生成。生成式AI的快速发展,给药物和分子领域很多启发;就像是给图片逐渐添加噪声,直到生成标准的高斯分布,用来训练模型;那么在反向来看,逐步去掉噪声,就能够恢复高清图片;根据药物作用就是官能团的作用的机理,就可以从治病的机理反过来研究药物;同样的话,可以从头开始设计药物:3D生成,基于扩散模型,逐步生成小分子的药物的原子坐标和类型,且保证一定的成药性和合成性。

应用之三是偏微分方程。说到AI,就不得不提到它的计算能力,这使它在偏微分方程的求解上取得了巨大的成功。一是在天气预报AI for weather forecasting 。传统的天气预报是将时空网格化,设立一系列基于空气动力学,利用热力学的偏微分方程,求解各网格的状态变化;而用纯AI方法,人们可以直接建历时空数据,但是这两种方法的实现都不容易。因此产生了第三种较为方便一些的方法即AI+物理方法,沿用物理模型,用AI加速偏微分方程的数值求解。这样做的优点是可解释性强,目前来说是比较好的方式。二是解薛定谔方程。AI的出现有助于解薛定谔方程,它使用神经网络拟合电子的交换关联泛函,超越人工寻找,当然,整体的框架还是DFT

应用之四是语言大模型。AI作为科研助手,帮助寻找灵感,减少体力活、杂活。傅老师现场利用AI精讲了一个例子。即如果你想要研发一种新的退烧药,具体到了阿司匹林药物属性,化学属性和生物机理等,可以如何用AI帮忙。该例子生动具体地展示了AI算力的强大,以及它给研究带来的便利与帮助。

对于AI的态度目前是个热门话题。关于人类究竟会不会被AI代替,傅老师给出了自己的见解。他解释道,对于AI,我们需要的态度,是去利用AI来寻找灵感,而不是单纯的相信LLMAI是为了解放人,而不是替代人。这对于我们以后开发AI,应用AI,都有一些指导性的启发。

第三方面的讲解内容是未来的展望。对于AI而言,它的在科学上的作用就是从AI到假设尝试到实验到观察再总结经验回到AI优化的一个优化闭环的过程。未来的AI在天气预报、电池的节能高效优化、优化化学反应的路径(合成药物,工业冶炼等)、微分方程的神经网络解算器、水电站站址规划、合成电子健康档案生成、粒子碰撞中的稀有事件选择、生物医学序列的语言建模、高通量虚拟筛选、假设空间中的导航、超分辨率三维活细胞的成像、符号递归等等问题上都将大有作为。

在傅老师的讲解过后,同学们对于AI4S的了解以及理解都更加深刻,有了更清晰的认识,并从中了解了现在与未来的发展形势,心里埋下了职业发展规划的小小种子。

同学积极提问交流

在自由交流环节,大家都踊跃提问交流,包括AI创作的版权问题,安全问题,还有一些关于AI发展中汇编语言的兼容问题等等,傅老师结合当前行业状况以及自身的见解一一做了回答。通过这次讲座,同学们也深刻意识到了AI和科技发展相辅相成的关系,傅老师细致具体的举例与解惑让同学们对AI发展更加满怀信心,充满期待。