科学研究的格局正日益依赖于管理、分析和解释庞大复杂数据集的能力。在生物工程、材料科学和计算机视觉等领域尤其如此，这些领域中的多模态成像产生的数据规模和维度都前所未有。美国国家科学基金会 (NSF) 认识到这一关键需求，已对网络基础设施进行了大量投资，这些基础设施是硬件、软件、网络和专业知识的复杂结合，是现代科学发现的基础。最近授予加州大学圣巴巴拉分校 (UCSB) 和加州大学河滨分校 (UCR) 研究人员的奖项就证明了这一承诺，有望彻底改变科学家进行数据密集型研究的方式。
人工智能与多模态成像的融合
这一进展的核心是 UCSB 的 BisQue 平台。在电气与计算机工程系教授 B. S. Manjunath 的领导下，一个包括 Tresa Pollock（材料系）和 Beth Pruitt（生物工程系主任）的合作团队获得了 500 万美元的 NSF 资助。Manjunath 是计算机视觉和人工智能 (AI) 领域的领先专家。这笔资金将推动下一代网络基础设施的开发，该基础设施专门为多模态成像数据量身定制。该项目的目标是将尖端人工智能和大语言模型 (LLM) 功能无缝集成到 BisQue 平台中，从而增强其数据处理、分析和可视化功能。这种集成不仅仅是添加新工具，而是从根本上改变研究人员与数据交互并从中获得见解的方式。二月份由科学技术中心主办的会议在塑造这种集成方向方面发挥了作用。这意味着未来的科学家可以利用人工智能，自动从复杂的图像数据中提取关键信息，例如细胞结构、材料缺陷或神经元连接。这种自动化不仅提高了效率，而且可能揭示了人眼难以察觉的细微模式和关系，从而推动了新的科学发现。例如，在材料科学领域，人工智能可以识别新型材料中的微小缺陷，从而加速新材料的开发和应用。在生物工程领域，人工智能可以帮助研究人员更深入地了解细胞行为，从而为疾病治疗提供新的思路。
跨学科协作与资源共享
该计划的范围已扩展到 UCSB 之外。美国国家科学基金会向加州大学河滨分校的一个团队授予了 340 万美元的并行资助，该团队由 LIMPID 合作者 Amit Roy-Chowdhury 领导。该团队将专注于分析大量实时成像数据，这些数据捕获果蝇神经系统内的神经元活动，这证明了高级网络基础设施在各种科学领域的广泛适用性。至关重要的是，UCSB 和 UCR 的努力并非孤立的。该项目利用现有的网络基础设施资源，特别是 BisQue 平台本身和 CyVerse，这是一个由 Nirav Merchant 领导的亚利桑那大学托管的平台。这种协作方法，包括数据库、图像分析工具和一系列科学学科，强调了共享资源和跨学科合作在应对复杂研究挑战中的重要性。美国国家科学基金会在其“可持续国家网络基础设施蓝图”中概述了更广泛的愿景，强调需要一个敏捷、集成和值得信赖的网络基础设施生态系统来推动变革性发现。 这强调了未来科学研究的另一个关键趋势：跨学科的合作和资源共享。单独的实验室或机构无法独立应对数据密集型科学的挑战。通过共享数据、工具和专业知识，科学家可以加速研究进程并避免重复劳动。这种开放科学的理念正在逐渐成为主流，并有望在未来几年得到更广泛的应用。未来，我们可能会看到更多的国家级或国际级的科学数据共享平台，这些平台将促进全球科学家之间的合作，共同解决人类面临的重大挑战。
校园网络基础设施的升级与普及
美国国家科学基金会通过校园网络基础设施 (CC*) 等项目对校园网络基础设施的投资，旨在战略性地满足当地的关键需求，同时为国家先进计算资源网络做出贡献。2024 年的 CC* 项目征集强调了五个重点领域，包括数据驱动的网络、计算连续体、网络集成、数据存储和校园战略，这表明了网络基础设施开发的整体方法。这种资金不仅仅是构建更快的计算机或更大的存储系统，而是创建一种强大且适应性强的基础设施，可以支持科学研究不断发展的需求。该项目还旨在解决这些资源获取方面的不平等问题，确保更广泛的研究人员可以从这些进步中受益。这项工作的基础建立在现有的深度学习网络基础设施之上，确保科学界可以广泛访问数据和模型，包括与史密森尼学会等机构的合作。 这表明未来的网络基础设施建设不仅要关注技术性能的提升，还要关注资源的可访问性和公平性。确保所有研究人员，无论其地理位置、机构规模或经济状况，都能平等地访问先进的计算资源，对于促进科学的进步至关重要。未来，我们可能会看到更多的政策和项目旨在弥合数字鸿沟，促进科学研究的公平性和包容性。同时，随着技术的不断发展，网络安全和数据隐私也将成为网络基础设施建设的重要考虑因素。需要采取措施保护科学数据的安全，防止未经授权的访问和滥用。
总之，最近授予 UCSB 和 UCR 研究人员的 NSF 资助代表了多模态成像数据网络基础设施开发方面的重要一步。通过将人工智能和 LLM 技术集成到 BisQue 等平台中，并通过促进机构间的合作，这些项目有望在从生物工程到神经科学等领域释放新的见解。美国国家科学基金会致力于支持校园级网络基础设施的改进，以及其对国家网络基础设施生态系统的更广泛愿景，强调了先进计算在推动科学发现和保持美国在研究和创新方面的竞争优势方面发挥的关键作用。这些投资不仅仅是关于技术，而是关于授权科学家应对社会面临的最紧迫的挑战。在未来，我们有理由相信，随着计算能力的不断提升和人工智能技术的不断发展，科学研究的效率和创新能力将得到进一步的提升，从而为人类社会带来更多的福祉。
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