Cách AI học toán cổ điển để giải bài toán ngược của vũ trụ

một giờ trướcBài gốc

Làm thế nào để tìm ra nguyên nhân của một hiện tượng khi chúng ta chỉ nhìn thấy kết quả? Đó là một bài toán học cổ điển hóc búa làm đau đầu các nhà khoa học trong nhiều thập kỷ. Giờ đây, thay vì lắp đặt những cỗ siêu máy tính khổng lồ tốn kém, các nhà nghiên cứu tại Đại học Pennsylvania đã tìm ra một cách tiếp cận thông minh hơn với ý tưởng toán học từ thập niên 40.

Những kinh nghiệm từ toán học cổ điển vẫn còn giá trị

Toán học cổ điển và tìm lại viên sỏi từ những gợn sóng lăn tăn

Các nhà khoa học thường dùng những công thức tính toán để dự đoán sự thay đổi của một hệ thống, ví dụ như ngày mai nhiệt độ sẽ lan tỏa thế nào hay dân số sẽ tăng trưởng ra sao. Quá trình này diễn ra khá suôn sẻ khi chúng ta nắm rõ các quy luật đầu vào.

Tuy nhiên, trong thực tế, có một loại bài toán đi ngược lại quy trình đó, yêu cầu chúng ta xuất phát từ kết quả quan sát được để tìm ra các lực lượng vô hình đang giật dây phía sau. Giáo sư Vivek Shenoy ví bài toán ngược này giống như việc bạn đứng nhìn những gợn sóng lăn tăn trên mặt hồ và phải tính toán chính xác vị trí viên sỏi vừa rơi xuống. Nhìn thấy sóng thì dễ, nhưng suy luận ngược để tìm ra điểm chạm của viên sỏi lại là một thử thách vô cùng nan giải.

Hệ thống trí tuệ nhân tạo thường giải bài toán này bằng cách liên tục đo đạc sự thay đổi của dữ liệu. Nhưng khi áp dụng vào các hệ thống phức tạp ngoài đời thực, phương pháp này lập tức bộc lộ điểm yếu chí mạng. Dữ liệu thực tế không bao giờ hoàn hảo mà luôn lẫn nhiều tạp âm.

Việc máy tính liên tục đo đạc sự thay đổi trên một tập dữ liệu lộn xộn giống hệt như việc bạn cố gắng phóng to một bức ảnh mờ mịt; càng phóng to, bức ảnh càng vỡ nét và các sai sót càng bị khuếch đại lên gấp nhiều lần. Các kỹ sư nhận ra rằng, máy tính có mạnh đến đâu cũng vô dụng nếu cách tính toán ngay từ đầu đã đi vào ngõ cụt.

"Chiếc bàn ủi" dọn đường cho thuật toán

Thay vì nhồi nhét thêm sức mạnh phần cứng, nhóm nghiên cứu đã tìm thấy lời giải từ một khái niệm toán học ra đời từ những năm 1940 mang tên "mollifier". Nói một cách dễ hiểu, đây giống như một "chiếc bàn ủi" chuyên dùng để làm phẳng những nếp nhăn và loại bỏ các thành phần bất thường.

Dựa trên nguyên lý đó, họ đã tạo ra một thuật toán như lớp màng lọc đặc biệt và cài đặt thẳng vào bộ não của trí tuệ nhân tạo. Trước khi hệ thống bắt đầu đo đạc và tính toán những thay đổi phức tạp, lớp màng này sẽ làm nhiệm vụ "ủi phẳng" và dọn dẹp sạch sẽ các tín hiệu nhiễu trong khối dữ liệu đầu vào. Cách làm này giúp máy tính không bị "vấp ngã" bởi những điểm dữ liệu sai lệch.

Kết quả mang lại vô cùng ấn tượng. Thuật toán mới hoạt động mượt mà, hạn chế tối đa sai sót và giúp tiết kiệm một lượng lớn điện năng cũng như sức mạnh phần cứng. Vấn đề cốt lõi không nằm ở việc xây dựng một mạng lưới máy tính phức tạp hơn, mà là làm cho dữ liệu trở nên "dễ tiêu hóa" hơn đối với thuật toán.

Chìa khóa để viết lại số phận của tế bào

Công nghệ "làm phẳng dữ liệu" này đang mở ra hi vọng lớn trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là sinh học. Một trong những ứng dụng quan trọng nhất là giải mã cấu trúc bên trong tế bào con người, nơi chứa ADN và các protein. Những cấu trúc này vô cùng bé nhỏ, chỉ khoảng 100 nanomet, nhưng lại nắm quyền quyết định việc bật hay tắt các gen. Hoạt động của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến việc chúng ta khỏe mạnh, quá trình lão hóa diễn ra như thế nào hay tại sao bệnh tật lại xuất hiện.

Trước đây, các nhà khoa học có thể quan sát thấy sự thay đổi của những cấu trúc này nhưng hoàn toàn bế tắc trong việc tìm ra nguyên nhân hóa học sâu xa bên trong, bởi tín hiệu thu được luôn bị nhiễu. Giờ đây, nhờ khả năng lọc nhiễu tinh tế, công cụ trí tuệ nhân tạo mới đã có thể nhìn xuyên qua màn sương mù đó để đo lường chính xác tốc độ của các phản ứng hóa học đang diễn ra.

Khám phá này mang tính ứng dụng cực kỳ cao. Nếu các chuyên gia có thể theo dõi tốc độ của những phản ứng này thay đổi ra sao khi con người già đi hoặc khi ung thư phát triển, họ có thể tạo ra những phương pháp điều trị hoàn toàn mới. Thay đổi tốc độ phản ứng đồng nghĩa với việc định hướng lại tế bào, buộc chúng trở về trạng thái khỏe mạnh như mong muốn. Xa hơn nữa, mục tiêu tối thượng của khoa học là dùng toán học để tóm gọn các quy luật của tự nhiên. Một khi đã thấu hiểu luật chơi và tìm ra nguyên nhân gốc rễ, con người sẽ nắm trong tay cơ hội thay đổi kết cục.

Bùi Tú

Nguồn Một Thế Giới : https://1thegioi.vn/cach-ai-hoc-toan-co-dien-de-giai-bai-toan-nguoc-cua-vu-tru-251437.html