מחקר חדש מראה כיצד שילוב של מאגרי חלבונים מהטבע ולמידת מכונה הוביל לפיתוח הידרוג'ל בעל כושר הדבקה יוצא דופן, שעשוי בעתיד לסייע ברפואה ובחומרים מתקדמים
אחד האתגרים הגדולים יותר במדע החומרים כיום הוא יצירת דבקים שעובדים בסביבה מימית. נשמע משעמם? תגידו את זה לאשה ששק השפיר שלה נקרע, והנוזל שמחזיק את העובר שלה בחיים הולך ודולף החוצה. או לאדם שנפגע בתאונת דרכים וסובל מדימום פנימי שהרופאים פשוט לא מסוגלים לעצור. או לילד שהגיד שלו נקרע.
כל המקרים האלו – ורבים אחרים ברפואה – דורשים שימוש בדבק שיכול לפעול בתוך הגוף. אבל דבקים כאלו נדירים, מעטים ובדרך-כלל גם חלשים מאד.
אז מה צריך? כבר אמרתי: להמציא דבקים טובים יותר שעובדים בסביבה מימית. אבל בין מה שצריך למה שאפשרי יש דרך ארוכה מאד של ניסוי וטעיה ועבודה סיזיפית במעבדות. כל העבודה הזו מתסכלת עוד יותר כי אנחנו יודעים שהטבע כבר פתר את הבעיה. צדפות וחלזונות, למשל, נצמדים בחוזקה לסלעים רטובים ומצליחים להישאר דבוקים אליהם היטב למרות הגלים שחובטים בהם כל הזמן. אבל הניסיונות האנושיים לחקות את ההרכב הכימי שלהן במעבדה נמשכו עשרות שנים והניבו בעיקר אכזבות.
ואז, בשנה האחרונה, התפרסם מחקר בכתב העת Nature שהראה איך חוקי המשחק במעבדות משתנים.
החוקרים השתמשו בבינה מלאכותית כדי לעבור על "ספריית הפטנטים" של הטבע. הם הזינו למחשב מסד נתונים עצום של כמעט 25,000 חלבוני הדבקה שונים מכל רחבי עולם החי. אלגוריתמים חכמים סרקו את ההרים של המידע הביולוגי הזה וחילצו מתוכו תובנות אודות המתכונים שהופכים חלבונים מסוימים לדביקים יותר או פחות.
עכשיו שהם הבינו טוב יותר את הנושא, החוקרים יצרו 180 "מתכונים" לחומר דמוי-ג'ל (הידרוג'ל). הם בדקו אותם במעבדה, והזינו את התוצאות לתוך מודל למידת מכונה. בשלב הזה, הם נתנו לבינה המלאכותית לעשות את מה שהמוח האנושי מתקשה בו: לאתר דפוסים חוזרים בתוך שפע של נתונים. המערכת ניתחה את המידע ופלטה מתכון מנצח לחומר חדש לחלוטין, שתוכנן לגמרי מאפס – יש מאין. אבל האם החומר הזה באמת עובד? כדי לבדוק, החוקרים מימשו את המתכון במעבדה, קיבלו דבק חדש וערכו עליו סדרה של ניסויים.
וכשהם סיימו את הניסויים, הם כנראה הזמינו את כל חברי המעבדה לבירה על הבר, כי היה להם דבק מנצח ביד.
הדבק החדש שהם הפיקו בעזרת הבינה המלאכותית שבר שיאי עולם טבעיים. הוא הפגין כוח הדבקה חזק פי עשרה מכל דבק אחר מסוג הידרוג'ל שפועל בסביבה מימית שהכרנו עד כה. והוא אפילו רב-פעמי ועובד במי ים מלוחים. אנחנו יודעים את זה כי החוקרים הדגימו את היכולות שלו כדי להדביק… ברווז לסלעים בים. אל דאגה, מדובר בברווזון גומי. ועדיין, הוא נצמד היטב לסלעים בזכות הדבק החדש, והתמודד בגבורה עם כל הגלים שהים דאג להשליך בכיוונו.
המשמעות של הפריצה הזו מרגשת כפליים. בטווח הקצר, קיבלנו (אולי) "סופר-דבק" מציל חיים. החוקרים אמנם לא בחנו את הדבק הזה בתוך הגוף, אבל אם הוא יקבל את האישורים הקליניים הנדרשים, הרי שאפשר יהיה להשתמש בו בחדרי ניתוח כדי לאטום איברים מדממים בשניות ללא צורך בתפרים. או שנוכל להצמיד חיישנים רפואיים זעירים לרקמות פנימיות. עולם חדש של טיפולים תוך-גופניים ייפתח עבורנו.
האם זה מה שיקרה? אולי. אני תמיד נזהר מלהמר על חומר אחד בלבד. ביולוגיה היא מדע מורכב, ואי אפשר לדעת איזה חומר יוכיח את עצמו בניסויים קליניים, ואיזה ייכשל. ועדיין, יש פוטנציאל להצלחה, וזה כבר מעודד.
הבשורה האמיתית, והאופטימית יותר, נוגעת לאיך שאנחנו ממציאים. אנחנו עדים לנקודת מפנה בהיסטוריה של המדע. על ידי שילוב של נתוני עתק ביולוגיים עם כוח החישוב של הבינה המלאכותית, מעגלי החדשנות, הפיתוח וההמצאה שבעבר דרשו עשרות שנים של תסכול של סטודנטים במעבדה, מצטמצמים כעת לחודשים ספורים.
השימוש בבינה המלאכותית במעבדה ימשיך ויתרחב, גם מכיוון שהיא מספקת הצלחות ברורות, וגם מכיוון שקל יותר ויותר להפעיל אותה כיום. למעשה, המודלים המתקדמים ביותר כבר מסוגלים להסביר לחוקרים איך להפעיל אותם למטרות הללו. ולמרות שכמובן שצריך להיזהר ולהישמר מלהסתמך על המלצות הבינה המלאכותית בעיניים עצומות, המשמעות היא שרמת המומחיות הנחוצה כדי להפיק מהם תועלת, פוחתת במהירות.
וכך, אנו נכנסים לתקופה בה קצב הגילוי, הפיתוח וההמצאה ישתפר דרמטית. בכל התחומים. היום זה דבק חזק מתחת למים. מחר אלו יכולים להיות פלסטיקים שמתכלים מעצמם, עור מלאכותי שמרפא את עצמו, או שרירים רובוטיים.
הטבע מעולם לא היה פתוח יותר לניתוח ולניסויים. הבינה המלאכותית מסייעת לנו לקחת מאות-מיליוני שנות אבולוציה ולהפיק מתוכן במהירות מסחררת תובנות ותכשירים חדשים, שיובילו לטיפולים פורצי-דרך ברפואה, לטכנולוגיות מתקדמות להפקת אנרגיה, ועוד ועוד.
כל תחום – רפואה, חקלאות, הנדסה – עומד להשתפר משמעותית בשנים הקרובות בזכות היכולת לפתח ולהמציא המצאות מהר יותר וטוב יותר.
עכשיו רק צריך לקוות שנדע להשתמש בכל ההמצאות האלו לטובה.
זה הזמן להזכיר שב- 18 למאי אדבר בכנס המדע של Science Abroad בניו יורק על עתיד המדע והמחקר. אתם מוזמנים לקפוץ לפגוש אותי שם!
