Искусственный интеллект на практике: применение в медицине, геологии и космонавтике

ИИ в медицине

Улучшение диагностики

На практике это означает, что врачи могут обнаруживать такие заболевания, как:

• Диабетическая ретинопатия, которая поражает более 35% людей с диабетом. Без лечения она ведет к слепоте. Система DeepMind выявляет болезнь на ранней стадии, увеличивая шансы на успешное лечение.

• Глаукома, которую традиционно сложно диагностировать на начальных этапах.

По оценкам, внедрение подобных алгоритмов может сократить количество случаев слепоты, связанных с диабетом, на 70%, что эквивалентно сохранению зрения для миллионов пациентов ежегодно.

Другие достижения в диагностике

ИИ активно применяется в онкологии. Алгоритмы от MIT (Массачусетский технологический институт) анализируют маммограммы с точностью 87% и прогнозируют вероятность рака молочной железы за 5 лет до появления симптомов. Это особенно важно, так как ранняя диагностика увеличивает выживаемость пациентов на 60–70%.

Компании, такие как PathAI, также разрабатывают инструменты, которые помогают патологам точнее интерпретировать биопсийные данные. Например, их системы анализируют тканевые срезы и обнаруживают рак кожи с точностью до 99%, снижая риск человеческих ошибок.

Разработка нового лекарства — это сложный и затратный процесс, который традиционно занимает от 10 до 15 лет. Искусственный интеллект значительно сокращает это время, ускоряя этапы поиска и тестирования потенциальных соединений.

Пример: Insilico Medicine

Компания Insilico Medicine использует глубокое обучение для анализа биологических данных и химических соединений. В 2020 году они разработали лекарственное соединение против фиброза легких всего за 46 дней, сократив затраты на миллионы долларов.

Как это работает:

1. Генерация гипотез: алгоритмы ИИ анализируют сотни тысяч химических соединений и идентифицируют те, которые с наибольшей вероятностью подойдут для лечения.

2. Оптимизация: система оптимизирует молекулы, чтобы они обладали максимальной биологической активностью при минимальной токсичности.

3. Проверка: на основе предварительного моделирования компания провела лабораторные исследования, подтвердив эффективность соединения.

Для сравнения: традиционные методы занимают 2–3 года только на этапе поиска соединений.

Другой пример: вакцина Moderna

Пример: GRAIL

GRAIL (компания, внедряющая новые технологии для раннего выявления рака) использует ИИ для анализа циркулирующей ДНК в крови. Их методика может обнаруживать более 50 типов рака, включая рак поджелудочной железы, с точностью до 93% на ранних стадиях.

Особенности алгоритма:

• Анализируется более 100 миллионов генетических вариаций.

• Диагностика занимает всего несколько часов, что позволяет быстро назначить лечение.

Искусственный интеллект в геологии

Геология — это наука, работающая с многомерными данными: геологические разрезы, сейсмические карты, спутниковые изображения. Ручная обработка таких данных часто занимает годы, тогда как ИИ способен ускорить процесс в десятки раз, повышая точность анализа и снижая затраты.

Поиск месторождений полезных ископаемых

Разведка месторождений всегда была дорогим и трудоемким процессом. Искусственный интеллект помогает прогнозировать наличие полезных ископаемых, комбинируя данные с геологических карт, сейсмических разрезов, спутниковых изображений и анализа грунта.

Пример: Rio Tinto

Rio Tinto — одна из крупнейших горнодобывающих компаний, применяющая ИИ для разведки рудных месторождений.

1. Технология:

• Rio Tinto использует алгоритмы машинного обучения, которые объединяют данные с бурений, минералогических анализов и геологических карт.

• Один из инструментов анализирует магнитные и гравиметрические аномалии, что помогает точно определить, где можно бурить.

2. Результаты:

• Компания сообщила, что затраты на разведку снизились на 30% за счет уменьшения числа неудачных бурений.

• В 2021 году на основе прогнозов ИИ было открыто перспективное месторождение железной руды в Австралии, что потенциально принесет компании миллиарды долларов дохода.

Автоматизация логистики

Rio Tinto также внедрила систему AutoHaul — первый в мире полностью автономный железнодорожный транспорт.

• Объем работы: система управляет 50 поездами, которые ежедневно перевозят до 28 тысяч тонн руды.

• Экономическая выгода: снижение затрат на логистику составило около $940 млн в год.

• Экологическая польза: сокращение выбросов углекислого газа благодаря оптимизации маршрутов.

Сейсмическая активность представляет угрозу для безопасности инфраструктуры и населения, но также используется для поиска нефти, газа и других ресурсов. ИИ позволяет анализировать сложные сейсмические данные с высокой точностью.

Пример: ExxonMobil

ExxonMobil применяет глубокое обучение для анализа сейсмических волн. Алгоритмы обучены распознавать малозаметные сигналы, которые указывают на наличие нефти или газа.

1. Скорость анализа:

• Обработка сейсмических данных вручную занимает несколько месяцев. Системы ИИ сокращают этот процесс до 3 недель.

2. Эффективность:

• В одном из проектов компании алгоритмы сократили количество ложноположительных прогнозов на 40%, что сэкономило более $2 млн на бурении.

Другие достижения

ИИ также используется для прогнозирования землетрясений. Например, в Чили, где ежегодно фиксируется до 1500 землетрясений, ИИ анализирует данные с тысяч датчиков, установленных вдоль Анд. Точность прогнозирования землетрясений, угрожающих инфраструктуре, достигла 85%. Это позволяет правительству оперативно эвакуировать людей и предотвращать катастрофы.

Управление добычей на морских платформах

Подводная добыча полезных ископаемых требует точного контроля. ИИ помогает отслеживать состояние оборудования, анализировать данные о давлении и температуре в скважинах, чтобы минимизировать аварии.

Пример: Shell

Компания Shell внедрила ИИ для мониторинга подводных буровых установок.

• Экономия: за первый год внедрения система предотвратила 7 крупных аварий, что сэкономило более $20 млн.

• Устойчивость: алгоритмы помогли оптимизировать энергопотребление платформ, сократив выбросы углерода на 12%.

Искусственный интеллект в космонавтике

Космос — это одна из самых сложных областей применения ИИ. Огромные объемы данных, необходимость автономного принятия решений и ограниченные ресурсы требуют передовых алгоритмов. Искусственный интеллект помогает ученым управлять аппаратами, анализировать данные с телескопов и защищать инфраструктуру на орбите.

Управление космическими аппаратами

Автономные решения необходимы для работы в космосе, где задержка связи с Землей может составлять до нескольких минут. Искусственный интеллект дает возможность аппаратам самостоятельно выбирать маршруты и реагировать на внешние изменения.

Пример: Perseverance

Марсоход Perseverance от NASA, отправленный на Марс в 2020 году, является ярким примером использования ИИ:

1. Автономность:

• Perseverance использует алгоритмы машинного обучения для анализа рельефа. Он способен выбирать маршруты, обходя препятствия с точностью до 98%.

• В день он обрабатывает более 20 ГБ данных, что позволяет максимально эффективно использовать время миссии.

2. Анализ образцов:

• Марсоход оснащен системой PIXL для спектрального анализа пород. ИИ определяет минералогический состав с точностью до микрометров, что помогает выявить потенциальные следы древней жизни.

3. Результаты:

• В 2022 году Perseverance успешно обнаружил органические молекулы в кратере Езеро, которые могли быть связаны с древними микробами. Это открытие имеет фундаментальное значение для науки.

Обнаружение планет за пределами Солнечной системы

Пример: Google и NASA

Совместный проект Google и NASA использовал нейронные сети для анализа данных телескопа Kepler. Результаты:

• Новые открытия: обнаружена система Kepler-90, включающая 8 экзопланет, что делает ее аналогом Солнечной системы.

• Скорость анализа: обработка данных заняла всего 30 дней, тогда как ручной анализ потребовал бы десятилетий.

• Точность: алгоритм смог выделить слабые сигналы, которые ранее считались шумом.

Другие достижения

Алгоритмы ИИ, разработанные для телескопа TESS, в 2023 году помогли обнаружить планету TOI-700 e — потенциально обитаемую экзопланету размером с Землю.

Борьба с космическим мусором

На орбите Земли находится более 34 тысяч крупных фрагментов космического мусора, которые угрожают спутникам и космическим миссиям. Искусственный интеллект помогает управлять движением спутников, чтобы избежать столкновений.

Пример: SpaceX

Спутники Starlink, разработанные SpaceX, оснащены системами ИИ для уклонения от мусора. В 2021 году алгоритмы предотвратили более 10 потенциальных столкновений, включая инцидент с аппаратом ESA.

Будущее: активное удаление мусора

К 2024 году компании, такие как ClearSpace, планируют запуск роботов с системами ИИ для активного удаления крупных объектов мусора, что повысит безопасность на орбите.

Космические телескопы нового поколения

В будущем ИИ станет неотъемлемой частью работы телескопов, таких как James Webb. Алгоритмы помогут не только в обработке изображений, но и в планировании наблюдений.