Selama lebih dari satu dekade, Associate Professor MIT Rafael Gómez-Bombarelli telah menggunakan kecerdasan buatan untuk membuat material baru. Seiring dengan berkembangnya teknologi, ambisinya pun ikut berkembang.
Kini, profesor baru di bidang sains dan teknik material ini yakin bahwa AI siap mengubah sains dengan cara yang belum pernah mungkin dilakukan sebelumnya. Pekerjaannya di MIT dan sekitarnya ditujukan untuk mempercepat masa depan tersebut.
“Kita berada pada titik perubahan kedua,” kata Gómez-Bombarelli. “Yang pertama terjadi sekitar tahun 2015 dengan gelombang pertama pembelajaran representasi, AI generatif, dan data throughput tinggi di beberapa bidang sains. Itu adalah beberapa teknik yang pertama kali saya bawa ke lab saya di MIT. Sekarang saya pikir kita berada pada titik perubahan kedua, mencampurkan bahasa dan menggabungkan berbagai modalitas ke dalam kecerdasan ilmiah umum. Kita akan memiliki semua kelas model dan hukum penskalaan yang diperlukan untuk berpikir tentang bahasa, berpikir tentang struktur material, dan berpikir tentang resep sintesis.”
Penelitian Gómez Bombarelli menggabungkan simulasi berbasis fisika dengan pendekatan seperti pembelajaran mesin dan AI generatif untuk menemukan materi baru dengan aplikasi dunia nyata yang menjanjikan. Karyanya telah menghasilkan material baru untuk baterai, katalis, plastik, dan dioda pemancar cahaya organik (OLED). Ia juga ikut mendirikan beberapa perusahaan dan menjabat sebagai dewan penasihat ilmiah untuk perusahaan rintisan yang menerapkan AI pada penemuan obat, robotika, dan banyak lagi. Perusahaan terbarunya, Lila Sciences, berupaya membangun platform superintelligensi ilmiah untuk industri ilmu hayati, kimia, dan ilmu material.
Semua upaya tersebut dirancang untuk memastikan masa depan penelitian ilmiah lebih lancar dan produktif dibandingkan penelitian saat ini.
“AI untuk sains adalah salah satu penggunaan AI yang paling menarik dan aspiratif,” kata Gómez-Bombarelli. “Penggunaan AI yang lain memiliki lebih banyak kelemahan dan ambiguitas. AI untuk sains bertujuan untuk mewujudkan masa depan yang lebih baik.”
Dari eksperimen hingga simulasi
Gómez-Bombarelli dibesarkan di Spanyol dan tertarik pada ilmu fisika sejak usia dini. Pada tahun 2001, ia memenangkan kompetisi Olimpiade Kimia, menempatkannya pada jalur akademis di bidang kimia, yang ia pelajari sebagai sarjana di perguruan tinggi kampung halamannya, Universitas Salamanca. Gómez-Bombarelli bertahan untuk meraih gelar PhD, di mana dia menyelidiki fungsi bahan kimia yang merusak DNA.
“PhD saya dimulai dari eksperimen, dan kemudian saya terjerumus ke dalam simulasi dan ilmu komputer sekitar setengah jalan,” katanya. “Saya mulai menyimulasikan reaksi kimia yang sama dengan yang saya ukur di laboratorium. Saya menyukai cara pemrograman mengatur otak Anda; rasanya seperti cara alami untuk mengatur pemikiran seseorang. Pemrograman juga tidak dibatasi oleh apa yang dapat Anda lakukan dengan tangan atau instrumen ilmiah.”
Selanjutnya, Gómez-Bombarelli pergi ke Skotlandia untuk mendapatkan posisi pascadoktoral, di mana ia mempelajari efek kuantum dalam biologi. Melalui pekerjaan itu, ia terhubung dengan Alán Aspuru-Guzik, seorang profesor kimia di Universitas Harvard, yang ia ikuti untuk postdoc berikutnya pada tahun 2014.
“Saya adalah salah satu orang pertama yang menggunakan AI generatif untuk bidang kimia pada tahun 2016, dan saya berada di tim pertama yang menggunakan jaringan saraf untuk memahami molekul pada tahun 2015,” kata Gómez-Bombarelli. “Itu adalah hari-hari awal pembelajaran mendalam untuk sains.”
Gómez-Bombarelli juga mulai berupaya menghilangkan bagian manual dari simulasi molekuler untuk menjalankan eksperimen dengan hasil yang lebih tinggi. Dia dan kolaboratornya akhirnya menjalankan ratusan ribu perhitungan di seluruh material, menemukan ratusan material yang menjanjikan untuk pengujian.
Setelah dua tahun di laboratorium, Gómez-Bombarelli dan Aspuru-Guzik memulai perusahaan komputasi material serba guna, yang akhirnya fokus pada produksi dioda pemancar cahaya organik. Gómez-Bombarelli bergabung dengan perusahaan secara penuh waktu dan menyebutnya sebagai hal tersulit yang pernah dia lakukan dalam kariernya.
“Sungguh menakjubkan bisa membuat sesuatu menjadi nyata,” katanya. “Juga, setelah melihat Aspuru-Guzik menjalankan laboratorium, saya tidak ingin menjadi profesor. Ayah saya adalah seorang profesor di bidang linguistik, dan saya pikir itu adalah pekerjaan yang santai. Lalu saya melihat Aspuru-Guzik dengan kelompok yang beranggotakan 40 orang, dan dia melakukan perjalanan 120 hari dalam setahun. Itu gila. Saya tidak berpikir saya memiliki energi dan kreativitas seperti itu dalam diri saya.”
Pada tahun 2018, Aspuru-Guzik menyarankan Gómez-Bombarelli melamar posisi baru di Departemen Sains dan Teknik Material MIT. Namun, karena rasa takutnya terhadap pekerjaan di fakultas, Gómez-Bombarelli membiarkan tenggat waktu berlalu. Aspuru-Guzik menemuinya di kantornya, membanting tangannya ke atas meja, dan mengatakan kepadanya, “Anda harus mengajukan permohonan untuk ini.” Itu sudah cukup untuk membuat Gómez-Bombarelli mengajukan lamaran resmi.
Untungnya di startupnya, Gómez-Bombarelli telah menghabiskan banyak waktu memikirkan cara menciptakan nilai dari penemuan material komputasi. Selama proses wawancara, katanya, dia tertarik dengan energi dan semangat kolaboratif di MIT. Dia juga mulai mengapresiasi kemungkinan penelitian.
“Semua yang saya lakukan selama pascadoktoral dan di perusahaan akan menjadi bagian dari apa yang dapat saya lakukan di MIT,” katanya. “Saya membuat produk, dan saya masih bisa melakukannya. Tiba-tiba, dunia kerja saya menjadi bagian dari dunia baru yang berisi hal-hal yang dapat saya jelajahi dan lakukan.”
Sudah sembilan tahun sejak Gómez Bombarelli bergabung dengan MIT. Saat ini laboratoriumnya berfokus pada bagaimana komposisi, struktur, dan reaktivitas atom memengaruhi kinerja material. Dia juga menggunakan simulasi throughput tinggi untuk membuat materi baru dan membantu mengembangkan alat untuk menggabungkan pembelajaran mendalam dengan pemodelan berbasis fisika.
“Simulasi berbasis fisika membuat data dan algoritme AI menjadi lebih baik jika semakin banyak data yang Anda berikan,” kata Gómez Bombarelli. “Ada berbagai macam siklus baik antara AI dan simulasi.”
Kelompok penelitian yang ia bangun hanyalah bersifat komputasional — mereka tidak menjalankan eksperimen fisik.
“Ini merupakan suatu berkah karena kami dapat memiliki jangkauan yang luas dan melakukan banyak hal sekaligus,” katanya. “Kami senang bekerja dengan para eksperimentalis dan mencoba menjadi mitra yang baik dengan mereka. Kami juga senang menciptakan alat komputasi yang membantu para eksperimentalis menentukan prioritas ide-ide yang berasal dari AI.”
Gómez-Bombarelli juga masih fokus pada penerapan material yang ia ciptakan di dunia nyata. Laboratoriumnya bekerja sama dengan perusahaan dan organisasi seperti Program Penghubung Industri MIT untuk memahami kebutuhan material sektor swasta dan hambatan praktis dalam pengembangan komersial.
Mempercepat ilmu pengetahuan
Ketika kegembiraan seputar kecerdasan buatan semakin meningkat, Gómez-Bombarelli telah melihat bidang ini semakin matang. Perusahaan seperti Meta, Microsoft, dan DeepMind Google kini secara rutin melakukan simulasi berbasis fisika yang mengingatkan kita pada apa yang ia kerjakan pada tahun 2016. Pada bulan November, Departemen Energi AS meluncurkan Misi Genesis untuk mempercepat penemuan ilmiah, keamanan nasional, dan dominasi energi menggunakan AI.
“AI untuk simulasi telah berubah dari sesuatu yang mungkin bisa berhasil menjadi pandangan ilmiah yang disepakati,” kata Gómez-Bombarelli. “Kita berada pada titik perubahan. Manusia berpikir dalam bahasa alami, kita menulis makalah dalam bahasa alami, dan ternyata model bahasa besar yang telah menguasai bahasa alami ini telah membuka kemampuan untuk mempercepat sains. Kita telah melihat bahwa penskalaan berfungsi untuk simulasi. Kami telah melihat bahwa penskalaan berfungsi untuk bahasa. Sekarang kita akan melihat bagaimana penskalaan berfungsi untuk sains.”
Ketika dia pertama kali datang ke MIT, Gómez-Bombarelli mengatakan dia terpesona dengan betapa tidak kompetitifnya hal-hal di antara para peneliti. Dia mencoba menerapkan pemikiran positif-sum yang sama ke dalam kelompok penelitiannya, yang terdiri dari sekitar 25 mahasiswa pascasarjana dan pascadoktoral.
“Kami secara alami tumbuh menjadi kelompok yang sangat beragam, dengan mentalitas yang beragam,” kata Gomez-Bombarelli. “Setiap orang mempunyai aspirasi karier, serta kekuatan dan kelemahan masing-masing. Mencari tahu bagaimana membantu orang menjadi versi terbaik dari diri mereka sendiri adalah hal yang menyenangkan. Sekarang saya menjadi orang yang bersikeras agar orang melamar posisi fakultas setelah tenggat waktu. Saya rasa saya sudah melewati tongkat estafet itu.”
