بنیاد ملی علوم آمریکا (NSF) مبلغ ۲۰ میلیون دلار بودجه برای یک پروژه چهار ساله در دانشگاه نورث‌وسترن اختصاص داده است تا نخستین آزمایشگاه ابری عمومی و مبتنی بر هوش مصنوعی برای مهندسی پروتئین در آمریکا راه‌اندازی شود. این مرکز که با نام DREAM Cloud Lab شناخته می‌شود، قرار است به‌عنوان یکی از زیرساخت‌های مهم نسل جدید تحقیقات علمی خودکار، توسعه داروهای جدید، مواد پایدار، فناوری‌های کشاورزی و دیگر نوآوری‌های زیست‌فناوری را سرعت ببخشد.

آزمایشگاه ابری DREAM چیست؟

آزمایشگاه AI-Driven, Rapid, Experimental Automation Machine یا به اختصار DREAM، بخشی از برنامه جدید NSF برای ایجاد شبکه‌ای از آزمایشگاه‌های ابری قابل برنامه‌ریزی (Programmable Cloud Laboratories) است. این برنامه شامل ۲۰ مرکز آزمایشی در سراسر آمریکا می‌شود که هدف آن‌ها ایجاد یک شبکه ملی از آزمایشگاه‌های مجهز به هوش مصنوعی و قابل دسترسی از راه دور است. در این مدل، پژوهشگران دیگر نیازی ندارند تمام تجهیزات گران‌قیمت و پیشرفته مورد نیاز خود را در آزمایشگاه شخصی خریداری و نگهداری کنند. آن‌ها می‌توانند از طریق یک رابط ابری، آزمایش‌های مورد نظر خود را از راه دور برنامه‌ریزی کرده و به تجهیزات رباتیک و علمی پیشرفته دسترسی داشته باشند.

ترکیب هوش مصنوعی و رباتیک برای طراحی پروتئین

پروتئین‌ها نقش مهمی در تقریباً تمام فرایندهای حیاتی موجودات زنده دارند و مهندسی آن‌ها می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای در پزشکی، محیط زیست، صنعت و کشاورزی داشته باشد. با این حال، طراحی پروتئین‌هایی که دقیقاً عملکرد مورد نظر دانشمندان را داشته باشند، معمولاً فرایندی زمان‌بر، پرهزینه و پیچیده است. پیشرفت‌های اخیر در هوش مصنوعی امکان طراحی محاسباتی پروتئین‌های جدید را فراهم کرده‌اند، اما یک چالش مهم همچنان باقی مانده است: ساخت و آزمایش این پروتئین‌ها برای تولید داده‌های جدید و بهبود مدل‌های هوش مصنوعی.

DREAM قصد دارد این مشکل را با ایجاد یک چرخه خودکار طراحی، ساخت، آزمایش و یادگیری برطرف کند. کاربران ابتدا عملکرد مورد نظر خود را مشخص می‌کنند. سپس مدل‌های هوش مصنوعی طراحی‌های پیشنهادی را ارائه می‌دهند. پس از بررسی‌های ایمنی زیستی و امنیت زیستی، سیستم‌های رباتیک به‌صورت خودکار پروتئین‌ها را تولید و آزمایش می‌کنند. داده‌های حاصل نیز برای بهبود مدل‌های هوش مصنوعی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تولید بیش از ۳۰۰ هزار پروتئین

بر اساس برنامه‌ریزی انجام‌شده، این پروژه طی چهار سال فعالیت خود قصد دارد بیش از ۳۰۰ هزار پروتئین را تولید و بررسی کند و تا ۳۰ میلیون داده آزمایشگاهی ایجاد کند. این داده‌ها می‌توانند به یکی از بزرگ‌ترین مجموعه‌داده‌های عمومی برای مهندسی پروتئین با کمک هوش مصنوعی تبدیل شوند. دانشگاه نورث‌وسترن قصد دارد داده‌ها و مدل‌های هوش مصنوعی تولیدشده را در قالب یک چارچوب دسترسی آزاد منتشر کند تا پژوهشگران، شرکت‌های نوپا و صنایع مختلف بتوانند از آن‌ها برای توسعه فناوری‌های جدید استفاده کنند.

کاربردهای گسترده در پزشکی و صنعت

هدف DREAM تنها توسعه دارو نیست. فناوری مهندسی پروتئین مبتنی بر هوش مصنوعی می‌تواند در زمینه‌هایی مانند تولید مواد پیشرفته، بازیافت پلاستیک، شناسایی آلاینده‌های محیطی، کشاورزی، سالمندی سالم و استخراج مواد معدنی حیاتی نیز کاربرد داشته باشد. این پروژه همچنین بخشی از تلاش گسترده آمریکا برای توسعه زیرساخت‌های علم خودکار و هوش مصنوعی در تحقیقات علمی محسوب می‌شود. NSF در مجموع ۳۸۰ میلیون دلار برای ۲۰ مرکز آزمایشی برنامه آزمایشگاه‌های ابری قابل برنامه‌ریزی اختصاص داده است. با توسعه این زیرساخت‌ها، دانشمندان می‌توانند بخشی از فرایندهای تحقیقاتی را به سیستم‌های هوشمند و رباتیک بسپارند و از چرخه‌ای سریع‌تر برای تولید فرضیه، انجام آزمایش، تحلیل داده و طراحی آزمایش‌های بعدی استفاده کنند؛ رویکردی که می‌تواند مسیر تحقیقات علمی و زیست‌فناوری را در سال‌های آینده به شکل چشمگیری تغییر دهد.

منبع خبر: northwestern