美国前国防部副部长：人工智能与合成生物学对美国应对中国竞争至关重要

机器之心

发布于 2023-03-29 18:35:05

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发布于 2023-03-29 18:35:05

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ScienceAI编译

编辑：宇琦

人工智能正在改变生物技术领域，美国政府现在应该采取大胆的措施，使人工智能帮助释放该领域的整体潜力，并确保美国引领即将到来的生物技术革命。

2020年1月11日，中国首次分享了COVID-19病毒基因序列。到1月13日，生物技术公司Moderna已经利用这一信息确定了其疫苗的设计。

将曾经需要数月或数年的过程缩短为短短十几个小时，这一现代科学的奇迹，并非幸运使然。如果没有人工智能和机器学习的重大进展、工业界对这些技术的投资以及美国政府在过去几十年对生命科学和生物技术的资助，这一奇迹就不可能成为现实。人工智能正在改变生物技术领域，美国政府现在应该采取大胆的措施，使人工智能帮助释放该领域的整体潜力，并确保美国引领即将到来的生物技术革命。

图示：基因测序的成果图。（来源：nist.gov）

生物学现在是可编程的。过去几十年来，DNA测序和合成的成本大幅下降，使科学家有能力读取生命的代码，而CRISPR基因编辑工具等技术则使科学家有能力改变它。但科学家对具体的基因数据会驱动什么物理结果，一直不够了解，这限制了他们读取和书写DNA的能力。现在，人工智能终于让他们能够进一步了解基因。

生物学是复杂的，仅在人类身上，就有数万亿个细胞相互作用、指导。从前，我们要获得关于细胞和它们之间如何作用的知识，必须通过相对低效和缓慢的过程。传统的生物学依靠经验或发现来收集知识，大量试错伴随着这个劳动密集的过程。

图示：基因编辑。（来源：cnet）

人工智能通过大型生物数据集得出结论的潜力，将给生物学带来巨大改变。改进后的生物数据读取方法，包括DNA、RNA和蛋白质的序列和数量，意味着收集和储存有关一些最小的生物结构和功能单元的大量信息成为可能。先进的计算技术，比如自我训练的人工智能程序，有可能在分析这些信息后，迅速找到细微、独特的模型和生物功能，这是人类通过试错不可能做到的。从本质上讲，人工智能将帮助人类更好地了解生物学的原理。

有了更高质量的知识，生物模拟和预测也成为可能，随之而来的将是基于生物学的产品设计、建造和测试模式。这种开发模式具备前所未有的可重复性，成本更低，更精确，而且更快。人工智能会提供更好的细胞模型和更大的生物系统模型，给我们在实际制作前预先测试生物学结果的机会。由此，产品开发不再只是实验，而是变成了真正的工程问题。此外，当科学家对生物学基本运作方式的理解加深，他们可以利用这些知识创造具有特定功能的新产品。随着计算能力的提高，我们有理由期待合成生物学和一系列基于生物学的产品取得更大的进展。

据估计，未来10年生物技术进步将产生高达每年4万亿美元的直接经济影响。合成生物学技术与人工智能的结合，将产生一些特殊材料，比如更加环保的人造肉类，到更清洁的燃料，再到合成器官。生物技术还会使我们的供应链更有韧性，使我们能够在国内生产纺织品的原材料、石油产品的替代品以及一系列其他消费品，像家用产品和电子产品，而不必从国外采购。生物技术还可以用于生产环保肥料，提高军队的备战水平，创造监测生物威胁的解决方案。

图示：美国国家人工智能安全委员会（NSCAI）2021年3月发布的报告。

鉴于这些趋势，由我担任联合主席的国家人工智能安全委员会在评估后，将生物技术确定为对未来国家竞争力至关重要的七种新兴技术之一。同时，委员会也指出生物技术有其黑暗的一面，人工智能驱动的生物技术威胁，如精确设计的病原体，被列为对美国威胁最大的五个人工智能隐患之一。

虽然美国是目前生物技术领域的领导者，但中国正在追赶美国的领导地位，为科技研究开发注入大量投资。2018年，中国的研发支出位居世界第二，估计为4630亿美元，这几乎是当年美国公共和私人研发支出总额的84%。中国已经启动了世界上最大的精准医疗计划，并正在建设世界上最大的基因数据库之一。BGI集团，中国国家基因学的领头羊，已经是全球基因测序和研究的行业领导者。

美国一旦在生物技术创新或制造方面落后于中国，就可能在决定未来经济的关键材料和产品上依赖中国。这显然牵涉到国家安全风险。

图示：GenBank官网的数据公开说明。

美国政府应将人工智能和生物技术战略视为相辅相成的，并且付诸长期的投入。在提交给国会的《最终报告》中，人工智能国家安全委员会特别呼吁美国不仅要提高生物安全和生物技术问题在政府内部的地位，而且要投资那些对国家未来竞争力至关重要的关键生物技术研发平台。我们建议，将美国领先的基因数据库GenBank改造成世界级的生物库，以使人工智能的基因数据分析达到新的水平。并且，我们敦促政府积极支持在美国发展先进的生物技术制造生态系统，以提高生物技术供应链的韧性。

美国政府应采纳委员会的建议，发展合成生物学，并将其纳入美国国防工具。这些措施有多方面的效益，包括吸引投资，保持美国的竞争力，教育下一代生物工程师，管控生物风险，以及将新的生物应用融入国防工业基地。

即将到来的生物技术革命将由人工智能驱动，不仅有可能促进能源和环境可持续性、原材料采购、供应链韧性、食品生产、军备、生物防御和卫生方面的巨大进步，而且有可能滋生新的威胁并改变地缘政治权力结构。美国应认识到这些技术的相互关联性，在生物技术革命的初期，美国仍占据领导地位的时候动员起来。

鲍勃·沃克是人工智能国家安全委员会的联合主席，这个独立委员会的成立是为了向总统和国会提出关于如何推进人工智能以满足美国国家安全和国防需求的建议。他是前国防部副部长和前海军副部长。