Sztuczna inteligencja kontra epidemia

Zaawansowane komputery pokonały już mistrzów szachowych i nauczyły się analizować góry danych, aby rozpoznawać twarze i głosy. Ale czy mogą pomóc w walce z koronawirusem?

Sztuczna inteligencja to dziedzina informatyki zajmująca się tworzeniem modeli zachowań inteligentnych oraz programów komputerowych symulujących te zachowania. Coraz częściej mamy z nią do czynienia w codziennym życiu, a ostatnio okazało się, że może ona odegrać niebagatelną rolę także w walce z koronawirusem.

Czy sztuczna inteligencja przewidziała epidemię?

Rozprzestrzenianie się COVID-19 jeszcze w grudniu ubiegłego roku w chińskiej prowincji Hubei zauważyły komputerowe algorytmy z Kanady. System Blue Dot wykorzystujący uczenie maszynowe do monitorowania ognisk chorób zakaźnych na całym świecie, wysłał ostrzeżenia przed niezwykłym wzrostem liczby przypadków zapalenia płuc w Wuhan już na dziesięć dni przed oficjalnym ogłoszeniem epidemii przez WHO. Taka sytuacja pokazuje potęgę sztucznej inteligencji, która staje się narzędziem do symulacji i przewidywania ryzyka.

Jakie osiągnięcia ma na koncie sztuczna inteligencja?

Naukowcy z Uniwersytetu w Kopenhadze opracowują system oparty na sztucznej inteligencji, który ma obliczać prawdopodobieństwo tego, że dany pacjent będzie potrzebował respiratora lub intensywnej opieki. Algorytmy mają korzystać z danych pacjentów, którzy przeszli już leczenie, dotyczących m.in. liczby białych krwinek, stosowanych leków, wieku, uzależnienia od nikotyny, zachorowań na  astmę czy problemów z sercem. Sztuczna inteligencja ma także analizować zdjęcia rentgenowskie płuc oraz testy i pomiary wykonane w trakcie hospitalizacji.

Firma z Indii TATA Concultancy Service wykorzystując sztuczną inteligencję, zaprojektowała nowe związki chemiczne, które mogą hamować rozwój wirusa. Sztuczna inteligencja nauczona budowy związków chemicznych stworzyła nowe cząsteczki mające być podstawą odnalezienia leku na koronawirusa prawdopodobnie już znajdującego się w przyrodzie.

Informacje przeczytane w sieci nie zawsze jednak są odzwierciedleniem prawdy. Dlatego po opinię w sprawach nie do końca jasnych warto udać się do ekspertów. Petros Psyllos to utalentowany student Politechniki Białostockiej. Został uznany przez amerykańską edycję Forbesa za jednego z 30 najlepszych europejskich innowatorów poniżej 30. r. ż. (Forbes 30 Under 30) oraz Massachusetts Institute of Technology Review za jednego z 10 najzdolniejszych młodych wynalazców w Polsce. Jest laureatem New Europe 100 – listy największych innowatorów w Europie Środkowo – Wschodniej wg Res Publica, Funduszu Wyszehradzkiego, Google i Financial Times. Na swoim koncie ma ponad 17 nagród o zasięgu krajowym i międzynarodowym (Seattle, Paryż, Bruksela) w dziedzinie wynalazczości. Laureat krajowego i finalista centralnego etapu Imagine Cup w Seattle oraz stypendysta programu Odkrywcy Diamentów. W całym podlaskim próżno szukać innego tak rozchwytywanego eksperta w dziedzinie sztucznej inteligencji – to właśnie on udzielił komentarza i rozjaśnił działanie sztucznej inteligencji w walce z koronawirusem.

N: Jak działają algorytmy uczenia maszynowego?

P: Algorytmy uczenia maszynowego są częścią dużo szerszej dziedziny, czyli sztucznej inteligencji. Ich działanie polega w uproszczeniu na analizowaniu różnych danych, których rodzaj zależy od konkretnego zadania. Później na tej podstawie czegoś się uczą i gdy posiądą wiedzę, mogą np. wykrywać pewne regularności w danych, podejmować różne decyzje lub coś przewidywać. I to bez szczegółowego programowania przez programistę – maszyna sama potrafi się uczyć, niczym dziecko w szkole, przez co automatycznie usprawnia swoją pracę. Przykładem może być przewidywanie cen akcji na giełdzie – gdy skorzystamy z uczenia maszynowego, to możemy w przybliżeniu przewidzieć przyszłe ceny akcji na podstawie doświadczenia z przeszłości, którego algorytm się nauczył.

N: W czym jeszcze, poza przewidywaniem piku zachorowań, może pomóc sztuczna inteligencja – jeśli mowa o koronawirusie?

P: Od momentu rozpoczęcia epidemii naukowcy na całym świecie starają się opracować lek i szczepionkę. W tym również wspiera ludzi sztuczna inteligencja, symulując interakcje różnych związków chemicznych, w tym istniejących leków. Może też dobierać optymalną terapię, uwzględniając informacje na temat zdrowia pacjenta.

Osobnym problemem pozostaje możliwie szybka diagnostyka pacjentów z podejrzeniem COVID-19. Już dziś różne kraje wprowadzają inteligentne systemy monitorowania obywateli.  Chińskie służby są wyposażane w okulary rozszerzonej rzeczywistości, które szybko wykrywają gorączkę u przechodzących osób z odległości do 1 metra. W Moskwie kamery podłączone do sieci komputerów ze sztuczną inteligencją wykrywają osoby, które łamią zasady kwarantanny i nie przestrzegają przepisów prawa. Ostatnio słyszeliśmy też o ciekawych aplikacjach monitorujących stan naszego zdrowia. Programy potrafią uwzględniać parametry z różnych opasek, sensorów, które mamy przyczepione do ciała, i wykrywać zakażenie. Mogą też wykrywać pewne wzorce świadczące o koronawirusie w naszym kaszlu, a nawet mowie. Nad tym pracują m.in. naukowcy z EPFL w Szwajcarii.

W wykrywaniu koronawirusa mogą pomóc chatboty, czyli programy symulujące człowieka, w tym przypadku diagnostę – dodaje Petros Psyllos.- Taki wirtualny „lekarz” zadaje pytania, czy mamy zagrażające życiu objawy i stara się dowiedzieć, jakie symptomy choroby ostatnio wystąpiły i jakie jest ich nasilenie. Później potrafi oszacować ryzyko, że mamy COVID-19 i przekazuje odpowiednie instrukcje. Są też chatboty, które odpowiadają na ogólne pytania dotyczące pandemii – WHO uruchomiła chabota korzystającego z metod przetwarzania języka naturalnego, w podobnym kierunku poszła Kancelaria Premiera, której chatbot funkcjonuje na facebookowym profilu. Warto zaznaczyć, że na Uniwersytecie Medycznym w Białymstoku też powstają podobne aplikacje, które pomagają w ustaleniu, czy badany jest zarażony wirusem.

Jeśli ktoś znajdzie się na oddziale intensywnej terapii, to też może być oceniony przez specjalny algorytm, który przewidzi, czy pacjent będzie potrzebował respiratora. Powstający w Danii system korzysta w tym celu z historycznych danych pacjentów, którzy przeszli leczenie. Sprawdza takie informacje jak liczba czerwonych krwinek, stosowane leki, choroby współistniejące lub zdjęcia RTG. Bazując na wiedzy wyciągniętej z takiej analizy, sztuczna inteligencja ocenia, jakim osobom będą potrzebne respiratory i gdzie należy je dowieść, bo niestety dysponujemy bardzo ograniczoną liczbą tych urządzeń.

Jeśli jesteśmy już przy osobach na intensywnej terapii – aby ograniczyć ryzyko zarażenia, lekarze szpitala w mieście Varese we Włoszech wykorzystują roboty, które monitorują stan pacjentów. Swoim wyglądem przypominają R2D2 z Gwiezdnych Wojen i mają ogromną przewagę nad ludźmi – nie chorują i mogą pracować 24 godziny na dobę. Podobne rozwiązanie zastosowano w Chinach, gdzie roboty dostarczają pacjentom jedzenie – jeden potrafi obsłużyć nawet 335 chorych osób.

Na koniec wspomnę o bardzo fajnej inicjatywie Folding@home, prowadzonej przez Stanford University. Każdy może wziąć udział w badaniach nad koronawirusem – wystarczy udostępnić moc obliczeniową swojego komputera. Dziś Folding@home osiąga aż 2400 petaflopsów i jest to większa moc niż 500 najszybszych komputerów na świecie łącznie.

N: Czy w momencie kiedy sztuczna inteligencja wskazuje na zwiększone ryzyko wybuchu epidemii powinniśmy stawiać na baczność służby bezpieczeństwa, czy raczej należy brać te przewidywania z dystansem?

P: Sztuczna inteligencja w swoim działaniu przypomina trochę czarną skrzynkę. Nie wiemy, na podstawie jakich przesłanek podejmuje decyzje i czy są one prawidłowe. Dlatego bardzo ważny jest człowiek, który przejrzy wyniki wyprodukowane przez sztuczną inteligencję i podejmie ostateczną decyzję. Jak się okazuje, w przeszłości mieliśmy ogromne szczęście, że w procesie decyzyjnym uczestniczył człowiek. 9 września 1983 roku sowiecki system wczesnego ostrzegania poinformował o tym, że Stany Zjednoczone wystrzeliły w kierunku Rosji rakiety z głowicami jądrowymi. Gdyby nie oficer Stanisław Pietrow, który zaufał swojemu instynktowi i ogłosił, że to błąd maszyny, mielibyśmy wojnę jądrową. Później okazało się, że satelita pomylił odbicia Słońca od szczytów chmur z płomieniami silników rakietowych, choć w momencie podejmowania decyzji Pietrow sam do końca nie wiedział, czy to jest fałszywy alarm. Uważam zatem, że powinniśmy nieustannie sprawdzać sztuczną inteligencję i weryfikować wszystkie produkowane przez nią wyniki.

Mędrca szkiełko i oko

Sztuczna inteligencja zatem, jak dowiedzieliśmy się od Petrosa Psyllosa, jest niezwykle cennym, ale wciąż tylko narzędziem. Nie zawsze wiadomo, co z przewidywaniami sztucznej inteligencji zrobić. Podanie opinii publicznej wyników symulacji sztucznej inteligencji mogłoby wywołać potężny strach i panikę. Zatem nawet do analityki potrzebne jest ludzkie spojrzenie.

Autor: Natalia Markowska