Будущее атомов: искусственный интеллект для ядерных применений

На полях 64-й очередной сессии Генеральной конференции МАГАТЭ в виртуальном режиме состоялось первое в истории совещание МАГАТЭ по использованию искусственного интеллекта (ИИ) для ядерных применений. На этом совещании было продемонстрировано, каким образом подходы, основанные на использовании ИИ в ядерной науке, могут способствовать укреплению здоровья человека, рациональному использованию водных ресурсов и проведению исследований в области термоядерного синтеза. В этом мероприятии, открытом для общественности, приняли участие более 300 человек из 43 стран. Оно положило начало глобальному диалогу о потенциале ИИ в ядерной науке и о последствиях его использования, в том числе в плане этики и транспарентности.

ИИ — это набор технологий, позволяющих объединять числовые данные, обрабатывать алгоритмы и задействовать постоянно растущую вычислительную мощность для разработки систем, способных решать сложные проблемы, используя аналог человеческой логики и разума. Технологии ИИ позволяют анализировать большие объемы данных, чтобы «научиться» выполнять конкретную задачу. Этот метод называется машинным обучением.

«Искусственный интеллект развивается огромными темпами, — отмечает Наджат Мохтар, заместитель Генерального директора МАГАТЭ, руководитель Департамента ядерных наук и применений. — Благодаря способности ИИ распознавать комбинации данных и анализировать изображения с высоким разрешением, получаемые с помощью спутников, беспилотников или медицинских сканеров, можно обеспечить более эффективное реагирование на гуманитарные чрезвычайные ситуации, помочь врачам выявлять раковые и другие заболевания, повысить производительность сельского хозяйства и отслеживать миграцию животных и обитателей моря».

В приложении к ядерной науке ИИ может, например, улучшить стадирование рака, необходимое в ядерной медицине и при лечении онкологических заболеваний, ускорить прогресс в реализации концепции термоядерной энергетики и помочь защитить глобальные водные ресурсы от чрезмерной эксплуатации и загрязнения.

В ходе виртуального совещания четыре эксперта представили свои соображения по ключевым областям применения ИИ в ядерной науке и ответили на вопросы участников в режиме онлайн.

ИИ для стадирования и лечения рака

«Современная онкология очень развита, но в рамках нее все еще в значительной степени используется единый для всех подход, — объясняет Ян Сентьенс, профессор и медицинский физик из Университета Макгилла в Канаде. — Это означает, что пациенты с определенным заболеванием лечатся универсальным способом, который не корректируется в зависимости от индивидуальных особенностей человека. ИИ дает нам возможность сделать лечение более дифференцированным, принимая во внимание всю информацию и данные, которые мы имеем о конкретном пациенте».

Сентьенс обращает внимание на то, как ИИ может помочь врачам в диагностике и лечении рака: улучшается интерпретация изображений и повышается точность планирования лечения и построения контура опухоли, а также адаптивной лучевой терапии — метода радиотерапии, позволяющего учитывать внутренние анатомические особенности конкретного пациента.

Развитие исследований в области термоядерного синтеза с помощью ИИ

Термоядерный синтез является потенциальным источником неисчерпаемой, безопасной и устойчивой энергии.

Исследования в этой области требуют осуществления масштабной экспериментальной и теоретической деятельности, охватывающей, в частности, физику плазмы и материаловедение. Методы, основанные на ИИ, дают возможность ускорить прогресс в реализации концепции термоядерной энергетики, максимально увеличивая объем и полезность информации, получаемой на основе экспериментальных данных и данных моделирования.

Дэвид Хамфриз, главный научный сотрудник компании «Дженерал Атомикс», Соединенные Штаты Америки, объясняет, как ИИ может помочь в прогнозировании и контроле, необходимом для устойчивой, безопасной и эффективной эксплуатации будущих термоядерных электростанций. Среди возможностей для использования ИИ и машинного обучения в целях развития исследований в области термоядерного синтеза он упоминает оптимизацию планирования экспериментов, которая поможет ускорить прогресс в получении новых знаний, а также оптимизацию сценариев контроля плазмы в режиме реального времени с использованием алгоритмов, полученных на основе больших баз данных, накопленных на экспериментальных термоядерных установках по всему миру.

Агентство выпустило Информационную систему по термоядерным устройствам (FusDIS) — первую в истории МАГАТЭ онлайновую базу данных по термоядерному синтезу. В ней содержатся данные о более чем 100 государственных и частных термоядерных установках по всему миру, которые в настоящее время эксплуатируются, строятся, планируются или закрыты.

Защита водных ресурсов и окружающей среды с помощью ИИ

Как особенности использования водопроводной воды влияют на потерю воды? Происходит ли ежегодная смена мест производства тихоокеанского лосося? Каковы источники влаги для ураганов? Клеман Батай, доцент кафедры наук о земле и окружающей среде Оттавского университета в Канаде, говорит, что машинное обучение может помочь нам получить ответы на эти вопросы благодаря крупномасштабному картированию гидрологических и экологических процессов.

Кроме того, ИИ может помочь в управлении природными, гидрологическими и экологическими ресурсами с помощью изотопной геохимии. Батай объясняет, что, поскольку в изотопной науке используются огромные объемы данных, размещаемые в глобальных сетях и хранилищах, в том числе МАГАТЭ, использование ИИ становится крайне важным для получения поддающихся толкованию результатов и улучшения нашего понимания экологических и гидрологических процессов.