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太酷了，12日消息，麻省理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一篇新的研究結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)：通過大模型的加持，科學(xué)和藝術(shù)竟然存在某種隱藏聯(lián)系，進(jìn)而可以生成新的生物材料。
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基于圖形的人工智能模型（中）建議創(chuàng)建一種新的基于菌絲體的生物材料（右），其靈感來自于瓦西里·康定斯基的畫作《第七幅作品》（左）馬庫斯·布勒（Markus Buehler）在其新人工智能系統(tǒng)的幫助下（中、右）
1.圖推理拉高AI科學(xué)新高度
近日，MIT 教授 Markus Buehler 開發(fā)的一種名為GraphReasoning（圖推理）的人工智能方法，并進(jìn)行了兩項(xiàng)非常nice的實(shí)驗(yàn)。其中一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，揭示了生物材料和貝多芬第九交響曲之間的結(jié)構(gòu)相似性，通過同構(gòu)映射突出了共同的復(fù)雜性模式。在另一個(gè)例子中，該算法提出了一種基于路徑采樣和從康定斯基的“第七幅作品”繪畫中提取的原理的分層菌絲體復(fù)合材料。
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新的 AI 方法使用基于類別理論啟發(fā)的方法的圖表作為理解科學(xué)中符號關(guān)系的核心機(jī)制。此圖顯示了一個(gè)這樣的圖表以及它如何映射相關(guān)思想和概念的關(guān)鍵點(diǎn)。
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想象一下，使用人工智能來比較兩個(gè)看似毫無關(guān)聯(lián)的創(chuàng)作——生物組織和貝多芬的《第九交響曲》。乍一看，生命系統(tǒng)和音樂杰作似乎毫無關(guān)聯(lián)。然而，麻省理工學(xué)院 McAfee 工程學(xué)教授、土木與環(huán)境工程和機(jī)械工程教授 Markus J. Buehler 開發(fā)的一種新穎的人工智能方法彌補(bǔ)了這一差距，揭示了復(fù)雜性和秩序的共同模式。
“通過將生成式人工智能與基于圖形的計(jì)算工具相結(jié)合，這種方法揭示了以前無法想象的全新想法、概念和設(shè)計(jì)。我們可以通過教導(dǎo)生成式人工智能對從未見過的想法、概念和設(shè)計(jì)做出新穎的預(yù)測來加速科學(xué)發(fā)現(xiàn)，”Buehler 說。
這項(xiàng)研究最近發(fā)表在《機(jī)器學(xué)習(xí)：科學(xué)與技術(shù)》，展示了一種集成生成知識提取、基于圖形的表示和多模態(tài)智能圖形推理的先進(jìn)人工智能方法，大家可以開放獲取。
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2.范疇論引導(dǎo)模型識別科學(xué)符號
這項(xiàng)研究使用受范疇論啟發(fā)的方法開發(fā)的圖譜作為核心機(jī)制，教導(dǎo)模型理解科學(xué)中的符號關(guān)系。范疇論是數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，它研究抽象結(jié)構(gòu)及其之間的關(guān)系，它通過關(guān)注對象及其相互作用而不是其具體內(nèi)容，為理解和統(tǒng)一不同的系統(tǒng)提供了一個(gè)框架。
在范疇論中，系統(tǒng)被視為對象（可以是任何東西，從數(shù)字到更抽象的實(shí)體，如結(jié)構(gòu)或過程）和態(tài)射（定義這些對象之間關(guān)系的箭頭或函數(shù)）。通過使用這種方法，Buehler 能夠教會人工智能模型系統(tǒng)地推理復(fù)雜的科學(xué)概念和行為。通過態(tài)射引入的符號關(guān)系清楚地表明，人工智能不僅僅是進(jìn)行類比，而且還在進(jìn)行更深層次的推理，將抽象結(jié)構(gòu)映射到不同的領(lǐng)域。
Buehler 使用這種新方法分析了 1,000 篇有關(guān)生物材料的科學(xué)論文，并將其轉(zhuǎn)化為圖形形式的知識圖譜。該圖譜揭示了不同信息之間的聯(lián)系，并能夠找到將許多概念聯(lián)系在一起的相關(guān)思想和關(guān)鍵點(diǎn)。
“真正有趣的是，圖譜遵循無標(biāo)度特性，具有高度連通性，可以有效地用于圖推理，”Buehler 說道?！皳Q句話說，我們教人工智能系統(tǒng)思考基于圖譜的數(shù)據(jù)，以幫助它們構(gòu)建更好的世界表征模型，并增強(qiáng)思考和探索新想法的能力，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)。”
研究人員可以使用該框架來回答復(fù)雜的問題，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前知識的空白，提出新的材料設(shè)計(jì)，預(yù)測材料的行為方式，并將以前從未連接過的概念聯(lián)系起來。
人工智能模型發(fā)現(xiàn)生物材料和《第九交響曲》之間存在意想不到的相似之處，表明兩者都遵循復(fù)雜的模式?！芭c生物材料中的細(xì)胞以復(fù)雜但有組織的方式相互作用以發(fā)揮功能的方式類似，貝多芬的《第九交響曲》通過安排音符和主題來創(chuàng)造復(fù)雜但連貫的音樂體驗(yàn)，”Buehler 說。
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在另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，基于圖形的人工智能模型建議創(chuàng)造一種新的生物材料，其靈感來自瓦西里·康定斯基的畫作《構(gòu)圖 VII》中的抽象圖案。人工智能建議制造一種新的基于菌絲體的復(fù)合材料。
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Buehler 指出：“這種材料結(jié)合了一系列創(chuàng)新概念，包括混亂與秩序的平衡、可調(diào)節(jié)的特性、孔隙率、機(jī)械強(qiáng)度和復(fù)雜圖案的化學(xué)功能?！蓖ㄟ^從一幅抽象畫中汲取靈感，人工智能創(chuàng)造了一種材料，它在強(qiáng)度和功能之間取得平衡，同時(shí)還具有適應(yīng)性，能夠發(fā)揮不同的作用。該應(yīng)用可以促進(jìn)創(chuàng)新的可持續(xù)建筑材料、可生物降解的塑料替代品、可穿戴技術(shù)，甚至生物醫(yī)學(xué)設(shè)備的開發(fā)。
借助這種先進(jìn)的人工智能模型，科學(xué)家可以從音樂、藝術(shù)和技術(shù)中汲取見解，分析這些領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，以識別隱藏的模式，這些模式可能會為材料設(shè)計(jì)、研究甚至音樂或視覺藝術(shù)帶來無限的創(chuàng)新可能性。
Buehler 表示：“基于圖譜的生成式人工智能比傳統(tǒng)方法具有更高的創(chuàng)新性、探索能力和技術(shù)細(xì)節(jié)，并通過揭示隱藏的聯(lián)系建立了一個(gè)廣泛有用的創(chuàng)新框架。這項(xiàng)研究不僅為仿生材料和力學(xué)領(lǐng)域做出了貢獻(xiàn)，而且為未來奠定了基礎(chǔ)，未來，由人工智能和知識圖譜驅(qū)動的跨學(xué)科研究可能會成為科學(xué)和哲學(xué)探究的工具，我們期待著未來的其他工作?！?nbsp;
實(shí)驗(yàn)中用到的模型有GPT-4o、Claude、Mistral等，這篇研究論文有很多精彩內(nèi)容，如果想了解更多，可以參考原文：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2632-2153/ad7228/pdf
