Trí Tuệ Nhân Tạo AI Có Thể Ngửi Hơi Thở Để Phát Hiện Bệnh Tật

Trí tuệ nhân tạo AI được biết đến nhiều nhất với khả năng nhìn, chẳng hạn như trong những chiếc xe không người lái, công nghệ nhận diện hình ảnh gương mặt; hay khả năng nghe như Alexa và những trợ lý ảo khác. Và thật ra... trí tuệ nhân tạo cũng có thể ngửi.

Khoảng giữa tháng 06/2018, nhóm các nhà khoa học ở Anh đang phát triển một hệ thống AI có thể ngửi hơi thở của con người để chẩn đoán bệnh tật.

Thông thường, động vật, hay thậm chí cả một số loài thực vật cũng có khả năng cảm nhận mùi hương để nhận diện hàng trăm hợp chất khác nhau trôi nổi trong không khí. Nhưng so với các loài động vật khác, khứu giác của con người ít phát triển hơn và cũng không được sử dụng thường xuyên như động vật khác. Do đó, con người không nhận thức được sự phong phú của những dạng thông tin có thể truyền qua không khí bằng mùi hương, thứ chỉ có thể được cảm nhận bởi một hệ thống khứu giác đặc biệt nhạy cảm. Nhưng sự trợ giúp của AI có thể sẽ thay đổi điều đó.

Vài thập kỷ trước đây, các phòng thí nghiệm hóa học trên thế giới đã có thể sử dụng máy móc để phát hiện một lượng rất nhỏ các chất có trong không khí. Những chiếc máy được gọi là sắc ký khí ghép khối phổ GC-MS, có thể phân tích không khí để phát hiện ra hàng nghìn phân tử khác nhau gọi là các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi.

Trong máy GC-MS, mỗi hợp chất từ một mẫu không khí được tách ra, sau đó đập vỡ thành từng mảnh, tạo ra một dấu vết đặc biệt mà từ đó chúng có thể được nhận ra. Mỗi đỉnh trên hình đại diện cho một mảnh của một phân tử. Các mô hình với các đỉnh tương tự cho thấy sự hiện diện của các chất riêng biệt. Thông thường, ngay cả đỉnh nhỏ nhất cũng có thể đóng vai trò rất quan trọng.

Trong số hàng trăm hợp chất có trong hơi thở của con người, một số có thể tiết lộ sự hiện diện của một loại ung thư nào đó, ngay cả ở giai đoạn đầu. Do đó, các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới đang thử nghiệm dùng máy GC-MS như một công cụ chẩn đoán không xâm lấn, nhằm xác định nhiều loại bệnh tật một cách kịp thời mà không gây đau. Không may, quá trình có thể rất tốn thời gian. Số lượng lớn dữ liệu cần được các chuyên gia kiểm tra và phân tích một cách thủ công. Một lượng lớn các hợp chất và độ phức tạp của dữ liệu sẽ làm mất rất nhiều thời gian chỉ để phân tích một mẫu hơi thở duy nhất. Và ngay cả các chuyên gia có khi cũng mắc lỗi, họ có thể bỏ lỡ một hợp chất hoặc nhầm lẫn nó với một hợp chất khác.

Trí thông minh nhân tạo AI có thể ngửi?

Với ý tưởng sử dụng trí tuệ nhân tạo AI để thực hiện công việc đó thay cho các nhà khoa học, nhóm nghiên cứu dữ liệu tại Đại học Loughborough, Anh Quốc đang phát triển một hệ thống AI có thể cảm nhận và tìm hiểu các hợp chất hóa học có trong mẫu hơi thở. Các mô hình toán học lấy cảm hứng từ những gì xảy ra bên trong não bộ, được gọi là mạng học sâu, được thiết kế đặc biệt để "đọc" các dấu vết có trong hơi thở của con người.

Một nhóm các bác sĩ, y tá, chuyên gia X-quang và các nhà vật lý y tế tại Trung tâm Ung thư Edinburgh đã thu thập mẫu hơi thở từ các bệnh nhân của họ. Mẫu sau đó được phân tích bởi hai nhóm, một bên là các nhà hóa học và một bên là các nhà khoa học máy tính. Khi các nhà hóa học xác định thủ công được một hợp chất có trong mẫu hơi thở của người bệnh, nó được biến thành dữ liệu để dạy lại mạng lưới học sâu của AI phía bên các nhà khoa học máy tính. Tính toán được tăng tốc bởi các thiết bị đặc biệt, được gọi là GPU, có thể xử lý nhiều phần thông tin khác nhau cùng lúc.

Các mạng học sâu được đào tạo liên tục từ các mẫu phẩm hơi thở mà nó cần phân tích, từ đó, chúng ngày càng tiến bộ, cho đến khi có thể tự nhận ra được các chất hóa học cụ thể có trong mẫu hơi thở mà không cần đến các nhà hóa học.

Trong nghiên cứu đầu tiên, AI được định hướng sự tập trung vào nhận biết một nhóm hóa chất, được gọi là aldehyde, thường xuất hiện trong hơi thở của những bệnh nhân, hoặc người bình thường bị stress. Máy tính được trang bị công nghệ AI chỉ mất vài phút để tự động phân tích một mẫu hơi thở mà trước đây một chuyên gia cũng phải mất ít nhất vài giờ mới thực hiện được. Nhờ hiệu năng của nó, AI giúp cho toàn bộ quá trình phân tích mẫu hơi thở trở nên rẻ hơn và cũng đáng tin cậy hơn.

Đặc biệt, với chức năng học sâu, AI có thể thu nhận thêm kiến thức và cải thiện độ chính xác theo thời gian, khi nó phân tích nhiều mẫu hơn. Kết quả là phương pháp mới không bị hạn chế đối với bất kỳ chất cụ thể nào, có nghĩa là nó có khả năng ngửi thấy mọi thứ.