Skip to main content

Καινοτομία

8 Αυγούστου 2024

 

Pixels, μυρμήγκια και DNA: σε μικρές συσκευασίες

Στη στήλη In Tech, οι ερευνητές χρησιμοποιούν βιντεοπαιχνίδια για να χτίσουν καλύτερες πόλεις, παίρνουν οδηγίες από τα μυρμήγκια και μαθαίνουν να "μιλούν" DNA.

Μια εικόνα που δημιουργήθηκε με τεχνητή νοημοσύνη από ένα παιχνίδι οικοδόμησης πόλεων και δείχνει ψηλά κτίρια σε ένα καταπράσινο αστικό περιβάλλον.

Εικόνα μιας προσομοίωσης πόλης αναπτύχθηκε με γενετική τεχνητή νοημοσύνη. Πίστωση φωτογραφίας: Adobe Stock

Chris Mullen

Συντελεστής

Σχετικά με το In Tech

Το In Tech είναι το τακτικό μας αφιέρωμα στο τι συζητούν οι άνθρωποι στον κόσμο της τεχνολογίας - από την κρυπτογράφηση και τα NFTs μέχρι τις έξυπνες πόλεις και την κυβερνοασφάλεια. 

Σε έναν κόσμο όπου η τεχνολογία αιχμής προέρχεται συχνά από τα εργαστήρια της Silicon Valley, ορισμένες καινοτόμες λύσεις προέρχονται από πιο απροσδόκητες πηγές. Οι ερευνητές παίρνουν στοιχεία από τα βιντεοπαιχνίδια και τα μυρμήγκια και εφαρμόζουν μεγάλα γλωσσικά μοντέλα με ασυνήθιστους τρόπους για την επίλυση σύνθετων προβλημάτων του πραγματικού κόσμου.

Χτίζοντας καλύτερα μπλοκ με πολύγωνα και pixels

Φανταστείτε μια ακμάζουσα μητρόπολη με πολυώροφα κτίρια, εκτεταμένα πάρκα και εξορθολογισμένες δημόσιες συγκοινωνίες. Θα μπορούσε ο σχεδιασμός αυτής της πόλης να έχει προέλθει όχι μόνο από ειδικούς πολεοδόμους, αλλά και από παθιασμένους πολίτες που είναι επίσης φανατικοί λάτρεις του παιχνιδιού κατασκευής πόλεων;

Μια νέα έρευνα από το Πανεπιστήμιο Lancaster στο Ηνωμένο Βασίλειο στοχεύει να φέρει επανάσταση στον αστικό σχεδιασμό, ενσωματώνοντας στο σχεδιασμό τη συμβολή των παιδιών της πόλης. Δημοσιευμένη στο Acta Ludologica, ένα επιστημονικό περιοδικό με κριτές για το λόγο των παιχνιδιών και των ψηφιακών παιχνιδιών, η μελέτη καταδεικνύει την έλλειψη συμμετοχής του κοινού στις τρέχουσες πρακτικές αστικής ανάπτυξης και προτείνει τη χρήση πλατφορμών παιχνιδιών όπως ένα τροποποιημένο "Cities: Skylines" ή το "Sim City " για να προσφέρουν ρεαλιστικές προσομοιώσεις για τους κατοίκους, ενισχύοντας τη συμμετοχή και την ευαισθητοποίησή τους στον πολεοδομικό σχεδιασμό.

Η τεχνολογία που βρίσκεται στο επίκεντρο αυτής της μελέτης είναι μια εξελιγμένη τροποποίηση του "Cities: Skylines", η οποία επιτρέπει στους παίκτες να εισάγουν κτίρια και μοντέλα του πραγματικού κόσμου για να δημιουργήσουν ρεαλιστικά αστικά περιβάλλοντα. Οι συμμετέχοντες μπορούν να διαχειρίζονται πτυχές της ζωής της πόλης, όπως η εκπαίδευση, οι δημόσιες υπηρεσίες και οι φορολογικές πολιτικές, ενώ το ταμπλό του παιχνιδιού παρακολουθεί την ευτυχία των πολιτών. Αυτή η διαδραστική προσέγγιση όχι μόνο εκπαιδεύει τους παίκτες σχετικά με τις περιπλοκές του αστικού σχεδιασμού, αλλά χρησιμεύει επίσης ως εργαλείο για εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο. Οι ερευνητές Paul Cureton και Paul Coulton, από το ερευνητικό εργαστήριο ImaginationLancaster του Lancaster, απέδειξαν την αποτελεσματικότητα αυτής της μεθόδου μέσω εργαστηρίων με το Δημοτικό Συμβούλιο του Lancaster, αφού ενέπλεξαν τα παιδιά στο σχεδιασμό ενός νέου κηποχώρου.

Οι επιπτώσεις αυτής της έρευνας είναι βαθιές. Ενσωματώνοντας το σχεδιασμό παιχνιδιών με τον αστικό σχεδιασμό, οι ερευνητές προσφέρουν μια οικονομικά αποδοτική, ευχάριστη και επεκτάσιμη μέθοδο για την αύξηση της εμπλοκής των πολιτών στη διαδικασία σχεδιασμού. Η προσέγγιση αυτή αντιμετωπίζει επίσης την επείγουσα ανάγκη για αλλαγή στη συμμετοχή του κοινού, όπως επισημαίνεται από τα στοιχεία του Βασιλικού Ινστιτούτου Πολεοδομίας που δείχνουν ελάχιστο ενδιαφέρον για το σχεδιασμό μεταξύ των νεότερων ανθρώπων.

Η μελέτη καταλήγει με την πρόταση ότι μια τέτοια καινοτόμος χρήση της τεχνολογίας των παιχνιδιών θα μπορούσε να υποστηρίξει τους σχεδιαστές, να ενισχύσει την ανάπτυξη δεξιοτήτων και να παρέχει τα απαραίτητα εργαλεία για τη βαθύτερη συμμετοχή των ανθρώπων στη μεταμόρφωση των χώρων διαβίωσής τους. Τελικά, η έρευνα αυτή ανοίγει το δρόμο για ένα πιο συνεργατικό και δυναμικό μέλλον στην αστική ανάπτυξη.

Η γλώσσα της ζωής

Ο επόμενος σταθμός της ματιάς μας στις αντισυμβατικές τεχνολογικές εμπνεύσεις μας οδηγεί στον μικροσκοπικό κόσμο του DNA. Ερευνητές στο TU Δρέσδης της Γερμανίας χρησιμοποιούν τεχνητή νοημοσύνη για να ξεκλειδώσουν την κρυφή γλώσσα του DNA, παρέχοντας νέες γνώσεις για τη γενετική και τις ασθένειες.

Το DNA περιγράφεται συχνά ως το σχέδιο της ζωής, το οποίο περιέχει όλες τις οδηγίες για την οικοδόμηση και τη διατήρηση ενός οργανισμού. Ωστόσο, η αποκρυπτογράφηση όλων των πληροφοριών που περιέχονται στο DNA είναι απίστευτα πολύπλοκη και δεν έχει ακόμη κατανοηθεί πλήρως, ενώ οι παραδοσιακές μέθοδοι ανάλυσης του DNA μπορεί να είναι αργές και ενεργοβόρες. Εδώ έρχεται η τεχνητή νοημοσύνη.

Ερευνητές του TU Dresden ανέπτυξαν ένα νέο μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης με την ονομασία GROVER (Genome Rules Obtained via Extracted Representations), το οποίο αντιμετωπίζει τις αλληλουχίες DNA σαν μια γλώσσα, χρησιμοποιώντας τεχνικές όπως αυτές που χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία φυσικής γλώσσας. Αναλύοντας μοτίβα και δομές στον κώδικα του DNA, η ΤΝ μπορεί να εντοπίσει αλληλουχίες. Αυτή η μέθοδος, που μοιάζει με την αποκρυπτογράφηση μιας ξένης γλώσσας, επιτρέπει στους ερευνητές να χρησιμοποιούν το GROVER για ταχύτερη και ακριβέστερη ερμηνεία των γενετικών δεδομένων.

Με την εκπαίδευση σε ολόκληρο το ανθρώπινο γονιδίωμα, το GROVER δημιουργεί ένα λεξικό DNA που οι ερευνητές ελπίζουν ότι μπορεί να ξεκλειδώσει γνώσεις σχετικά με τους γενετικούς κώδικες, προωθώντας τη γονιδιωματική και την εξατομικευμένη ιατρική. Η έρευνα αυτή, που δημοσιεύθηκε στο Nature Machine Intelligence, μπορεί να επιφέρει σημαντικές ανακαλύψεις στην κατανόηση της πολυπλοκότητας του DNA.

"Όσον αφορά τη γλώσσα, μιλάμε για γραμματική, σύνταξη και σημασιολογία", δήλωσε στην ιστοσελίδα του πανεπιστημίου η" Melissa Sanabria, ερευνήτρια πίσω από το πρόγραμμα. "Για το DNA, αυτό σημαίνει ότι πρέπει να μάθουμε τους κανόνες που διέπουν τις αλληλουχίες, τη σειρά των νουκλεοτιδίων και των αλληλουχιών και τη σημασία των αλληλουχιών. Όπως τα μοντέλα GPT μαθαίνουν ανθρώπινες γλώσσες, έτσι και το GROVER έχει μάθει ουσιαστικά πώς να "μιλάει" το DNA."

Ανάλυση μυρμηγκιών για την κινητοποίηση μικροσκοπικών μηχανών

Οι ερευνητές του MAVLab του TU Delft πραγματοποίησαν μια σημαντική ανακάλυψη στην πλοήγηση των ρομπότ αντλώντας έμπνευση από τον τρόπο με τον οποίο τα μυρμήγκια πλοηγούνται στο περιβάλλον τους. Τα μυρμήγκια χρησιμοποιούν έναν συνδυασμό οπτικής αναγνώρισης (σκεφτείτε στιγμιότυπα) και καταμέτρησης βημάτων (σκεφτείτε οδομετρία) για να επιστρέψουν στο σπίτι τους, ακόμη και μετά από μακρινά ταξίδια. Το MAVLab έχει μιμηθεί αυτή τη μέθοδο, δημιουργώντας μια στρατηγική πλοήγησης εμπνευσμένη από έντομα για μικροσκοπικά, ελαφριά ρομπότ.

Τα παραδοσιακά συστήματα αυτόνομης πλοήγησης συχνά βασίζονται σε υλικό που μπορεί να είναι ανέφικτο για μικροσκοπικά ρομπότ. Εμπνευσμένοι από τη φύση, οι ερευνητές της MAVLabs σχεδίασαν ένα σύστημα όπου τα ρομπότ τραβούν στιγμιότυπα του περιβάλλοντός τους για να βοηθήσουν την πλοήγηση. Αυτή η μέθοδος, που μοιάζει με το μονοπάτι ψίχουλα του Χάνσελ και της Γκρέτελ, περιλαμβάνει το ρομπότ να λαμβάνει οπτικά στιγμιότυπα ανά διαστήματα και να τα χρησιμοποιεί για να καθοδηγεί το ταξίδι της επιστροφής του. Συνδυάζοντας αυτά τα στιγμιότυπα με την οδομετρία, τα ρομπότ καλύπτουν μεγαλύτερες αποστάσεις πιο αποτελεσματικά, μειώνοντας σημαντικά τον υπολογιστικό φόρτο.

Αυτή η βιο-εμπνευσμένη προσέγγιση έχει επιδειχθεί με επιτυχία με το μικρό μη επανδρωμένο αεροσκάφος CrazyFlie, το οποίο μπορεί να πλοηγηθεί σε απόσταση έως και 100 μέτρων χρησιμοποιώντας μόνο 1,16 KB μνήμης.  Η έρευνα ανοίγει το δρόμο για την πρακτική ανάπτυξη μικροσκοπικών ρομπότ σε διάφορα σενάρια του πραγματικού κόσμου, όπου οι παραδοσιακές μέθοδοι πλοήγησης μπορεί να είναι ανέφικτες. Αν και το σύστημα δεν παράγει λεπτομερείς χάρτες, παρέχει μια ισχυρή λύση για συγκεκριμένες εργασίες όπως η παρακολούθηση αποθεμάτων και η παρακολούθηση των καλλιεργειών θερμοκηπίων, όπου αρκεί η απλή λειτουργία επιστροφής στη βάση.

Είτε πρόκειται για τη χρήση βιντεοπαιχνιδιών για τη βελτίωση του πολεοδομικού σχεδιασμού, είτε για την αξιοποίηση των ικανοτήτων πλοήγησης των μυρμηγκιών για τη βελτίωση της ρομποτικής, είτε για την αξιοποίηση της τεχνητής νοημοσύνης για την αποκωδικοποίηση της γλώσσας του DNA, αυτά τα προοδευτικά παραδείγματα αποδεικνύουν τη δύναμη του να σκέφτεσαι έξω από το κουτί για να οδηγήσεις σε αξιοσημείωτες εξελίξεις. Και καθώς οι ερευνητές συνεχίζουν να αναζητούν έμπνευση στον φυσικό κόσμο και όχι μόνο, μπορούμε να περιμένουμε να εμφανιστούν περισσότερες από αυτές τις καινοτόμες λύσεις, οι οποίες θα μεταμορφώσουν τον τρόπο με τον οποίο ζούμε και αλληλεπιδρούμε με την τεχνολογία.