هوش مصنوعی جدید، سوپرکامپیوترها را شکست می‌دهد و مسائل ریاضی و علمی را سریعتر از همیشه حل می‌کند
مهندسان با استفاده از مسائل ریاضی پیچیده، خودروهای ایمن‌تر، فضاپیماهای مقاوم‌تر و پل‌های قوی‌تر طراحی می‌کنند که فرآیندهای اساسی را به پیش می‌برند. به طور مشابه، پزشکان از مدل‌های ریاضی برای پیش‌بینی مشکلات قلبی با دقت بیشتری استفاده می‌کنند.
این مسائل که معادلات دیفرانسیل جزئی نامیده می‌شوند، ستون فقرات مهندسی و علم هستند. اما حل آنها می‌تواند روزها، حتی هفته‌ها به طول انجامد، به خصوص برای شکل‌های پیچیده.
اکنون محققان دانشگاه جانز هاپکینز مدل هوش مصنوعی جدیدی به نام DIMON ایجاد کرده‌اند. این مدل می‌تواند این معادلات پیچیده را هزاران بار سریعتر و مستقیماً روی کامپیوتر شخصی شما حل کند.
"در حالی که انگیزه توسعه آن از کارهای خودمان ناشی می‌شود، این یک راه‌حل است که ما فکر می‌کنیم تأثیر زیادی در حوزه‌های مختلف مهندسی خواهد داشت زیرا بسیار عمومی و مقیاس‌پذیر است." ناتالیا ترایانووا، استاد مهندسی زیست‌پزشکی و پزشکی دانشگاه جانز هاپکینز، اظهار داشت.
آزمایش‌شده بر روی دوقلوهای دیجیتال قلب
معادلات دیفرانسیل جزئی مسائلی ریاضی معمول هستند. این معادلات کمک می‌کنند تا سناریوهای واقعی به مدل‌های ریاضی تبدیل شوند تا تغییرات آینده در اشیا یا محیط‌ها پیش‌بینی شوند.
با این حال، حل این مسائل ریاضی بزرگ معمولاً کاری برای سوپرکامپیوترها است. با ورود هوش مصنوعی شرایط آسانتر می‌شود.
این چارچوب جدید هوش مصنوعی DIMON به معنای یادگیری عمل‌گر نقشه‌برداری دیفیومورفیک است.
تیم تحقیقاتی DIMON را بر روی بیش از ۱۰۰۰ مدل کامپیوتری دیجیتال قلب بیماران واقعی آزمایش کرد.
جالب است که مدل به‌درستی مسیرهای سیگنال الکتریکی را در ساختارهای مختلف قلب پیش‌بینی کرد.
در این آزمایش، محققان از معادلات دیفرانسیل جزئی برای بررسی آریتمی قلبی استفاده کردند. این حالت زمانی رخ می‌دهد که قلب انسان به دلیل سیگنال‌های الکتریکی نادرست به طور نامنظم می‌زند.
با استفاده از مدل‌های دیجیتال دوقلوی قلب، محققان می‌توانند خطر این شرایط تهدیدکننده زندگی را پیش‌بینی کرده و درمان‌های مناسب پیشنهاد دهند.
"ما فناوری جدیدی را به کلینیک می‌آوریم، اما بسیاری از راه‌حل‌های ما چنان کند هستند که حدود یک هفته طول می‌کشد که از زمان اسکن قلب بیماران شروع کنیم و معادلات دیفرانسیل جزئی را حل کنیم تا پیش‌بینی کنیم که آیا بیمار در معرض خطر بالای مرگ ناگهانی قلبی است و چه بهترین برنامه درمانی است." ترایانووا، که مدیر ائتلاف نوآوری تشخیصی و درمانی قلبی‌عروقی در دانشگاه جانز هاپکینز است، توضیح داد.
این هوش مصنوعی جدید به طور قابل توجهی پیش‌بینی بیماری‌های قلبی را تسریع می‌کند و زمان محاسبات را از ساعت‌ها به ۳۰ ثانیه کاهش می‌دهد. این عمل با استفاده از یک کامپیوتر ساده انجام می‌شود و آن را برای استفاده کلینیکی روزانه عملی‌تر می‌کند.
این نشان دهنده پتانسیل هوش مصنوعی برای کاربردهای مختلف مهندسی، از جمله تشخیص پزشکی است.
کاربرد در حوزه‌های مختلف
DIMON از هوش مصنوعی برای پیش‌بینی چگونگی رفتار سیستم‌های فیزیکی در شکل‌های مختلف استفاده می‌کند. این فناوری الگوها را یاد می‌گیرد تا عواملی مانند گرما، فشار و حرکت را پیش‌بینی کند، و برای انجام وظایفی مانند بهینه‌سازی طراحی و مدل‌سازی خاص به شکل‌ها، سریعتر می‌شود.
"برای هر مسئله، DIMON ابتدا معادلات دیفرانسیل جزئی را در یک شکل واحد حل می‌کند و سپس راه‌حل را به چندین شکل جدید نگاشت می‌کند. این قابلیت تغییر شکل آن نشان دهنده انعطاف پذیری فوق‌العاده آن است." مین لانگ یین، پژوهشگر پسادکتری مهندسی زیست‌پزشکی در دانشگاه جانز هاپکینز که این پلتفرم را توسعه داده است، اظهار کرد.
DIMON می‌تواند در حوزه‌های مختلفی مانند هوافضا، خودروسازی و مهندسی عمران کمک کند. با افزایش سرعت شبیه‌سازی‌ها، مهندسان می‌توانند محصولات ایمن‌تر و کارآمدتری طراحی کنند.
"این می‌تواند بر روی هر مسئله‌ای، در هر حوزه علمی یا مهندسی جهت حل معادلات دیفرانسیل جزئی بر روی چندین هندسه، مانند تست تصادف، پژوهش‌های ارتوپدی یا مسائل پیچیده دیگری که در آن شکل‌ها، نیروها و مواد تغییر می‌کنند، کار کند." ترایانووا در خبرنامه مطبوعاتی خاطر نشان کرد.
یافته‌ها در مجله Nature Computational Science منتشر شده است.
