Доцент Рафаэль Гомес-Бомбарелли посвятил свою карьеру применению искусственного интеллекта для повышения эффективности научных открытий. Сейчас он считает, что мы находимся на переломном этапе. 
«Искусственный интеллект в науке — одно из самых захватывающих и перспективных применений ИИ», — говорит Рафаэль Гомес-Бомбарелли. «Другие приложения ИИ имеют больше недостатков и неопределенности. ИИ в науке — это о том, чтобы приблизить лучшее будущее». Фото: Джоди Хилтон
Более десяти лет доцент Массачусетского технологического института Рафаэль Гомес-Бомбарелли использует искусственный интеллект для создания новых материалов. По мере развития технологий росли и его амбиции.
Теперь новоиспеченный профессор материаловедения и инженерии считает, что искусственный интеллект готов преобразовать науку способами, которые ранее были невозможны. Его работа в Массачусетском технологическом институте и за его пределами посвящена ускорению этого процесса.
«Мы находимся на втором переломном этапе». Гомес-Бомбарелли говорит: «Первый этап был примерно в 2015 году с первой волной обучения представлениям, генеративного ИИ и высокопроизводительной обработки данных в некоторых областях науки. Это некоторые из методов, которые я впервые применил в своей лаборатории в MIT. Сейчас, я думаю, мы находимся на втором переломном этапе, смешивая языки и объединяя множество модальностей в общий научный интеллект. У нас будут все необходимые классы моделей и законы масштабирования, чтобы рассуждать о языке, рассуждать о материальных структурах и рассуждать о рецептах синтеза».
Исследования Гомеса Бомбарелли сочетают в себе физические модели с такими подходами, как машинное обучение и генеративный искусственный интеллект, для открытия новых материалов с перспективными практическими применениями. Его работа привела к созданию новых материалов для батарей, катализаторов, пластмасс и органических светодиодов (OLED). Он также является соучредителем нескольких компаний и членом научных консультативных советов стартапов, применяющих ИИ в разработке лекарств, робототехнике и других областях. Его последняя компания, Lila Sciences, работает над созданием научной платформы сверхинтеллекта для медико-биологических, химических и материаловедческих отраслей.
Вся эта работа направлена на то, чтобы будущее научных исследований было более плавным и продуктивным, чем сегодня.
«Искусственный интеллект в науке — одно из самых захватывающих и перспективных применений ИИ», — говорит Гомес-Бомбарелли. «Другие приложения ИИ имеют больше недостатков и неопределенности. ИИ в науке — это о том, чтобы приблизить лучшее будущее».
От экспериментов к моделированию
Гомес-Бомбарелли вырос в Испании и с раннего возраста тяготел к физическим наукам. В 2001 году он выиграл соревнования по химии на олимпиаде, что определило его академическую карьеру в области химии, которую он изучал в качестве студента в родном университете Саламанки. Гомес-Бомбарелли продолжил обучение в аспирантуре, где исследовал функцию химических веществ, повреждающих ДНК.
«Моя докторская диссертация начиналась с экспериментальных исследований, а затем, примерно на середине обучения, меня захватило увлечение моделированием и информатикой», — говорит он. «Я начал моделировать те же химические реакции, которые измерял в лаборатории. Мне нравится, как программирование организует мозг; это показалось мне естественным способом упорядочить мышление. Кроме того, программирование гораздо меньше ограничено тем, что можно сделать руками или с помощью научных приборов».
Затем Гомес-Бомбарелли отправился в Шотландию на постдокторскую должность, где изучал квантовые эффекты в биологии. Благодаря этой работе он познакомился с Аланом Аспуру-Гузиком, профессором химии в Гарвардском университете, к которому присоединился на своей следующей постдокторской стажировке в 2014 году.
«Я была одной из первых, кто применил генеративный ИИ в химии в 2016 году, и входила в первую команду, которая использовала нейронные сети для понимания молекул в 2015 году», — говорит Гомес-Бомбарелли. «Это были самые ранние этапы применения глубокого обучения в науке».
Гомес-Бомбарелли также начал работать над исключением ручных операций в молекулярном моделировании, чтобы проводить больше высокопроизводительных экспериментов. В итоге он и его коллеги выполнили сотни тысяч вычислений для различных материалов, обнаружив сотни перспективных материалов для тестирования.
После двух лет работы в лаборатории Гомес-Бомбарелли и Аспуру-Гузик основали компанию, занимающуюся универсальными вычислениями в области материаловедения, которая в конечном итоге переориентировалась на производство органических светодиодов. Гомес-Бомбарелли присоединился к компании на постоянной основе и называет это самым сложным делом в своей карьере.
«Было невероятно воплотить что-то в реальность», — говорит он. «Кроме того, после того, как я увидел, как Аспуру-Гузик руководит лабораторией, мне не хотелось становиться профессором. Мой отец был профессором лингвистики, и я думал, что это спокойная работа. Но потом я увидел Аспуру-Гузика с группой из 40 человек, который проводил в разъездах 120 дней в году. Это было безумие. Я не думал, что у меня есть такая энергия и творческий потенциал».
В 2018 году Аспуру-Гузик предложил Гомесу-Бомбарелли подать заявку на новую должность в Департаменте материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института. Но, опасаясь получить работу на факультете, Гомес-Бомбарелли пропустил крайний срок. Аспуру-Гузик подошел к нему в кабинете, ударил руками по столу и сказал: «Тебе нужно подать заявку». Этого было достаточно, чтобы Гомес-Бомбарелли подготовил официальное заявление.
К счастью, в своем стартапе Гомес-Бомбарелли много времени уделял размышлениям о том, как извлечь выгоду из компьютерного моделирования материалов. По его словам, во время собеседования его привлекли энергия и дух сотрудничества в MIT. Он также начал ценить исследовательские возможности университета.
«Всё, чем я занимался в качестве постдока и в компании, стало лишь частью того, чем я мог заниматься в MIT, — говорит он. — Я создавал продукты, и я до сих пор могу этим заниматься. Внезапно моя сфера деятельности стала частью этой новой вселенной вещей, которые я мог исследовать и делать».
Прошло девять лет с тех пор, как Гомес Бомбарелли присоединился к MIT. Сегодня его лаборатория занимается изучением того, как состав, структура и реакционная способность атомов влияют на характеристики материалов. Он также использовал высокопроизводительные симуляции для создания новых материалов и помогал разрабатывать инструменты для объединения глубокого обучения с физическим моделированием.
«Физические симуляции позволяют получать данные, а алгоритмы ИИ становятся лучше по мере того, как вы им предоставляете данные», — говорит Гомес Бомбарелли. «Между ИИ и симуляциями существует множество положительных циклов».
Созданная им исследовательская группа занимается исключительно вычислительными исследованиями — они не проводят физических экспериментов.
«Это настоящее благословение, потому что мы можем обладать огромным потенциалом и делать много дел одновременно», — говорит он. «Нам нравится работать с экспериментаторами, и мы стараемся быть с ними хорошими партнерами. Мы также любим создавать вычислительные инструменты, которые помогают экспериментаторам сортировать идеи, поступающие от ИИ».
Гомес-Бомбарелли по-прежнему сосредоточен на практическом применении изобретенных им материалов. Его лаборатория тесно сотрудничает с компаниями и организациями, такими как Программа по связям с промышленностью Массачусетского технологического института, чтобы понять потребности частного сектора в материалах и практические препятствия на пути коммерческой разработки.
Ускорение научных исследований
По мере того как ажиотаж вокруг искусственного интеллекта нарастал, Гомес-Бомбарелли наблюдал за развитием этой области. Такие компании, как Meta, Microsoft и DeepMind от Google, теперь регулярно проводят физические симуляции, напоминающие то, над чем он работал еще в 2016 году. В ноябре Министерство энергетики США запустило миссию Genesis, направленную на ускорение научных открытий, обеспечение национальной безопасности и энергетического превосходства с помощью ИИ.
«Искусственный интеллект для моделирования прошел путь от чего-то, что, возможно, могло бы сработать, до общепринятого научного мнения», — говорит Гомес-Бомбарелли. «Мы находимся в переломном моменте. Люди мыслят на естественном языке, мы пишем статьи на естественном языке, и оказывается, что эти большие языковые модели, освоившие естественный язык, открыли возможности для ускорения научных исследований. Мы видели, что масштабирование работает для моделирования. Мы видели, что масштабирование работает для языка. Теперь мы посмотрим, как масштабирование работает для науки».
Когда он впервые приехал в Массачусетский технологический институт, Гомес-Бомбарелли говорит, что был поражен тем, насколько неконкурентной была обстановка между исследователями. Он старается привнести такое же позитивное мышление в свою исследовательскую группу, которая состоит примерно из 25 аспирантов и докторантов.
«Мы естественным образом превратились в очень разнородную группу с разнообразными взглядами», — говорит Гомес-Бомбарелли. «У каждого свои карьерные устремления, сильные и слабые стороны. Помогать людям раскрыть свой потенциал — это увлекательно. Теперь я настаиваю на том, чтобы люди подавали заявки на преподавательские должности после установленного срока. Думаю, я передала эстафету».
Источник: news.mit.edu
