Från hypotes och experiment till nya upptäckter – autonom AI sköter forskningen själv

https://mb.cision.com/Public/5569/4400716/8bfa4979f2f155c7_800x800ar.png

Forskare på Chalmers har utvecklat en robotforskare som med artificiell intelligens på egen hand kan formulera vetenskapliga teorier, konstruera experiment och göra nya biologiska upptäckter. ”AI-biologen” är ett viktigt steg i utvecklingen av självgående laboratorier, och presenteras i en studie i den vetenskapliga tidskriften Journal of the Royal Society Interface.

Genom att dra nytta av de stora framsteg som gjorts inom stora språkmodeller, som Chat GPT och Claude, och automatiserat resonerande, har Chalmersforskarna utvecklat ett AI-system som har fått forska på mycket stora mängder vetenskaplig kunskap om vanlig bryggjäst, Saccharomyces Cerevisiae, inklusive organismens arvsmassa, metabolism och information från tidigare forskningsstudier.

– Att utgå från sådana enorma mängder information är inte möjligt för människor. Vår robotforskare kunde däremot identifiera biologiska frågeställningar, rekommendera experiment för att testa dem, utvärdera resultaten och iterativt förädla sin egen kunskap i ett slutet återkopplingssystem. Den fungerar inte bara som dataanalytiker och beslutsstöd, utan kan aktivt generera ny, vetenskaplig kunskap, säger Ievgeniia Tiukova, postdoktoral forskare vid institutionen för Life sciences på Chalmers och en av studiens författare.

Att kombinera AI:s ”tänkande” med en praktisk, experimentell del är ovanligt och ligger i framkant inom ett snabbt växande område, där forskar-AI, eller robotforskare, självständigt kan utföra omfattande experiment i snabb takt. Ievgeniia Tiukova liknar utvecklingen vid självkörande bilar, där AI och maskininlärning också används för att processa information, dra slutsatser och agera.

Enlig Ross King, professor vid institutionen för data och informationsteknik vid Chalmers och Göteborgs universitet samt senior författare till studien, kommer autonoma laboratorier att revolutionera forskarvärlden eftersom de gör det möjligt att snabbare och mer systematiskt utforska biologiska system.

– Robotforskare kommer att samarbeta med människor och bidra till att påskynda upptäckter inom biologi, medicin och bioteknologi. Sådana AI-system har potential att minska den tid som krävs för att utforska komplexa, vetenskapliga frågor och optimera användningen av laboratorieresurser, säger Ross King.

Både Ievgeniia Tiukova och Ross King understryker att syftet med självkörande AI-laboratorier idag inte är att ersätta forskare, utan att sköta de mer rutinmässiga delarna av att formulera hypoteser och utforma experiment.

– Människor är fortsatt viktiga för att prioritera, tolka bredare sammanhang, utveckla forskningsprogram och säkerställa etiska regler. Framtida generationer av autonoma laboratorier kommer i allt högre utsträckning vara kapabla till att samarbeta med människor och bli värdefulla partners i arbetet med att lösa de mest utmanande frågorna inom biologi och medicin, säger Ross King.

Mer om forskningen:

Studien Agentic AI integrated with scientific knowledge: laboratory validation in systems biology har publicerats i Journal of the Royal Society Interface.

Studiens författare är Daniel Brunnsåker, Alexander H. Gower, Prajakta Naval, Erik Y. Bjurström, Filip Kronström, Ievgeniia A. Tiukova och Ross D. King. Forskarna är verksamma vid Chalmers tekniska högskola, Göteborgs universitet och University of Cambridge i England.

Studien har mottagit finansiering från Wallenberg AI, Autonomous Systems and Software Program (WASP), the UK Engineering and Physical Sciences Research Council, Chalmers AI Research Centre (CHAIR), och det svenska forskningsrådet Formas.

Mer om robotforskare:

Ross King var den förste som utvecklade konceptet med en generell robotforskare. Hans första robotforskare, Adam, utformades för att självständigt genomföra vetenskapliga experiment och generera ny kunskap. Senare utvecklade han en andra robotforskare, Eve, som var särskilt utformad för läkemedelsutveckling.

Det bakomliggande konceptet – att använda robotsystem för att automatisera och påskynda vetenskapliga upptäckter – har sedan dess utvidgats till andra forskningsområden, däribland kemi och andra specialiserade vetenskapliga uppgifter.

Bildtexter: 

Toppbild: Forskare har skapat ett AI-laboratorium med ett slutet återkopplingssystem, som kan bedriva forskning på vanlig hushållsjäst. Systemet kunde identifiera biologiska frågeställningar, föreslå experiment och utvärdera resultaten av experimenten. Bilden visar robotforskaren Eve, som utvecklades specifikt för läkemedelsutveckling och som nu har uppdaterats med stora språkmodeller och automatiserat resonerande. Foto: NIH Image Gallery / Chalmers tekniska högskola

Bifogad bild: Forskaren Ievgeniia Tiukova tillsammas med robotforskaren Eve. Foto: Chalmers tekniska högskola

För mer information, kontakta:

Ievgeniia Tiukova, postdoktoral forskare vid institutionen för Life sciences, Chalmers tekniska högskola: tiukova@chalmers.se, 0728 – 36 33 93

Ross King, professor vid institutionen för data- och informationsteknik vid Chalmers tekniska högskola och Göteborgs universitet: 031 772 17 60, rossk@chalmers.se

Daniel Brunnsåker, gästforskare, institutionen för Life sciences, Chalmers tekniska högskola: daniel.brunnsaker@chalmersnextlabs.se

Ievgeniia Tiukova talar ukrainska, engelska och svenska. Ross King talar engelska. Daniel Brunnsåker talar svenska och engelska. På Chalmers har vi poddstudior och filmutrustning på plats och kan bistå vid förfrågningar om tv-, radio- eller poddintervjuer