Vencedores da Copa do Mundo GenAI da Databricks 2024 nas Américas: AdaptiveFilters da GreenLight Biosciences

A GreenLight Biosciences participou da Copa do Mundo de IA Generativa, uma maratona de programação de seis semanas organizada pela Databricks para construir um agente de processamento de imagens que aproveita totalmente a Plataforma de Inteligência de Dados da Databricks. O evento reuniu mais de 1500 cientistas de dados e engenheiros de IA de mais de 18 países e a equipe da GreenLight Biosciences ganhou o grande prêmio. A equipe utilizou as avançadas capacidades do GenAI da Databricks Mosaic AI, incluindo Model Serving, Vector Search, Databricks Notebooks e Databricks Apps, para criar seu produto final.

Antecedentes

Uma população mundial em crescimento e o crescente impacto ambiental das mudanças climáticas exigem inovações rápidas na agricultura para garantir nosso suprimento de alimentos. Uma ferramenta chave para alcançar uma agricultura sustentável, amigável ao meio ambiente e eficiente são os novos biopesticidas. Esses produtos fornecem um novo modo de ação para gerenciar pragas incontroláveis, enquanto reduzem nossa dependência de pesticidas químicos, que podem prejudicar os humanos, o meio ambiente e deixar resíduos nos alimentos.^1,2

GreenLight Biosciences é líder nesse campo com seu bioinseticida pioneiro, Calantha. Este produto inovador é um pesticida à base de RNA personalizado para um gene em seu alvo pretendido, que é uma nova abordagem precisa e mais segura do que os produtos químicos existentes. Calantha foi recentemente reconhecida pela Science e Popular Science, bem como pelos agricultores que a utilizaram.

No entanto, o processo de descoberta de produtos como Calantha é longo e complexo, muitas vezes envolvendo testes prolongados em laboratórios, estufas e ensaios de campo.

A tecnologia de IA Generativa (GenAI) pode revolucionar este pipeline de descoberta, automatizando o processo de triagem para leads de produtos, acelerando significativamente o tempo necessário para trazer soluções inovadoras aos agricultores. Para fazer isso, a GreenLight Biosciences usa métodos de captura e processamento de imagens para identificar moléculas promissoras. As tecnologias atuais de processamento de imagens muitas vezes dependem da identificação manual de parâmetros, um processo que é demorado e trabalhoso. Processos de alto rendimento podem ajudar a enfrentar este desafio e permitir uma avaliação rápida do desempenho de novos biopesticidas em tarefas como monitoramento de doenças e quantificação em massa. No entanto, desenvolver um fluxo de trabalho de processamento de imagens de alto rendimento robusto requer um investimento substancial e expertise, o que pode ser uma barreira durante as primeiras etapas de pesquisa e desenvolvimento.

AdaptiveFilters: Um Agente de Processamento de Imagens

Para superar esses desafios, a GreenLight Biosciences desenvolveu o AdaptiveFilters: um Agente de Processamento de Imagens alimentado por GenAI. Esta ferramenta permite aos usuários criar rapidamente pipelines de processamento de imagens simplesmente fornecendo uma imagem e uma descrição da tarefa. O AdaptiveFilters então retorna uma imagem processada, filtros recomendados e o raciocínio por trás de cada escolha, oferecendo um ponto de partida claro para mais personalização e ajuste.

Como Funciona o AdaptiveFilters

AdaptiveFilters requer apenas uma imagem e uma descrição da tarefa para funcionar efetivamente. Por exemplo, se um usuário envia uma imagem de uma planta e especifica a tarefa como isolar a planta do fundo, o AdaptiveFilters fornecerá a imagem isolada da planta junto com filtros sugeridos e explicações detalhadas para cada filtro aplicado. Esses filtros podem então ser integrados em um pipeline de processamento de imagens de alto rendimento, permitindo o processamento automático de várias imagens simultaneamente.

Arquitetura do Sistema

AdaptiveFilters é uma aplicação de chat GPT4o multimodal que é construída e opera na plataforma Databricks. O sistema utiliza um fluxo de trabalho LangGraph com três agentes principais: Planejador, Executor, e Critique implementados como um App Databricks. O Planner é responsável por elaborar um plano de filtro e parâmetro, o Executor aplica-o, e o Critiquer valida-o contra o pedido do usuário. Se a saída estiver correta, ela é fornecida ao usuário; se não, o processo é repetido.

O Planner é ainda mais aprimorado com planos de tarefas gerados anteriormente via Retrieval-Augmented Generation (RAG) usando Databricks Mosaic AI para incorporação de tarefas e Model Serving.

Planos bem-sucedidos são armazenados no Vector Search (loja de vetores), para busca de similaridade de tarefa-plano que auxilia no planejamento futuro.

Principais benefícios

O AdaptiveFilters melhora significativamente a eficiência do processo para os usuários finais, oferecendo recomendações de filtros, que atualmente é um processo manual. Além de economizar tempo, que é extremamente importante em um mercado onde os produtos podem levar 10 anos da ideia ao lançamento, esta ferramenta também fornece uma justificativa clara, contribuindo para o avanço da IA explicável.

Para usuários técnicos, AdaptiveFilters simplifica tarefas básicas de processamento de imagens para o aplicativo, serve como uma plataforma para implantar filtros proprietários e estabelece a base para o desenvolvimento de pipelines de processamento de imagens estruturados. Essas características impulsionam tanto a facilidade de uso quanto a adaptabilidade técnica.

Desenvolvimento Futuro

AdaptiveFilters tem um enorme potencial para suportar tarefas ainda mais complexas, melhorando tanto a variedade quanto a precisão dos filtros. O objetivo é integrar conhecimento específico do domínio em modelos de linguagem, personalizando assim as recomendações para aplicações nas indústrias de biotecnologia e agritech. Além disso, aproveitar os modelos de código aberto HuggingFace no Databricks para análise de imagem avançada e ajuste fino de modelos de linguagem com o conjunto de dados de planejamento de tarefas irá melhorar ainda mais as capacidades gerais da IA.

Conclusão

AdaptiveFilters é uma ferramenta inovadora desenvolvida pela GreenLight Biosciences para agilizar a identificação e o desenvolvimento de biopesticidas. Ao aproveitar o Databricks para IA Generativa, o AdaptiveFilters automatiza tarefas de processamento de imagens, resultando em uma redução de até 50% no tempo gasto e um aumento de quatro vezes na capacidade de triagem de biopesticidas. Este projeto destaca o potencial transformador da IA em acelerar a pesquisa e o desenvolvimento dentro da biotecnologia agrícola, abrindo caminho para práticas e tecnologias agrícolas sustentáveis.

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¹Nchu F. Controle Biológico Sustentável de Pragas: O Caminho a Seguir. Ciências Aplicadas. 2024; 14(7):2669. https://doi.org/10.3390/app14072669

²Góngora CE, Silva MdC. Estratégias Sustentáveis para o Controle de Doenças e Pragas de Culturas para Reduzir Pesticidas. Agronomia. 2024; 14(9):2158. https://doi.org/10.3390/agronomy14092158

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