W czasie krótszym niż przeczytanie tego artykułu system oparty na sztucznej inteligencji był w stanie samodzielnie stworzyć niektóre reakcje chemiczne, za które przyznano Nagrodę Nobla, i zaprojektować skuteczną procedurę laboratoryjną do ich przeprowadzenia. Sztuczna inteligencja zrobiła to wszystko w ciągu zaledwie kilku minut i udało się za pierwszym razem.
– To pierwszy przypadek, kiedy nieorganiczna inteligencja zaplanowała, zaprojektowała i przeprowadziła tę złożoną reakcję wymyśloną przez człowieka – mówi Gabe Gomes, chemik i inżynier chemik z Carnegie Mellon University, który kierował zespołem badawczym, który zmontował i przetestował sztuczną inteligencję. oparty na systemie. Nazwali swoje dzieło „Coscientist”.
Najbardziej złożone reakcje, które przeprowadził naukowiec, znane są w chemii organicznej jako katalizowane palladem sprzęgania krzyżowe, co przyniosło ich wynalazcom Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2010 r. w uznaniu ogromnej roli, jaką te reakcje odegrały w procesie rozwoju produktów farmaceutycznych i innych gałęziach przemysłu, które wykorzystują cząsteczki na bazie węgla.
Opublikowane w czasopiśmie Nature wykazane zdolności Coscientist pokazują, że ludzie mogą produktywnie wykorzystywać sztuczną inteligencję w celu zwiększenia tempa i liczby odkryć naukowych, a także poprawy powtarzalności i wiarygodności wyników eksperymentów. W skład czteroosobowego zespołu badawczego wchodzą doktoranci Daniil Boiko i Robert MacKnight, którzy skorzystali ze wsparcia i przeszkolenia odpowiednio w Centrum Syntezy Chemoenzymatycznej USA na Northwestern University i Centrum Syntezy Wspomaganej Komputerowo NSF na Uniwersytecie Notre Dame .
– Oprócz zadań związanych z syntezą chemiczną, jakie zapewnia ich system, Gomes i jego zespół z powodzeniem zsyntetyzowali coś w rodzaju niezwykle wydajnego partnera laboratoryjnego – stwierdza dyrektor działu chemii NSF David Berkowitz. – Łączą wszystkie elementy w całość, a wynik końcowy to znacznie więcej niż suma poszczególnych części – można go wykorzystać do naprawdę przydatnych celów naukowych.
Najważniejszym elementem oprogramowania Coscientist i jego części opartych na krzemie są duże modele językowe, z których składają się sztuczne „mózgi”. Model wielkojęzykowy to rodzaj sztucznej inteligencji, który potrafi wyodrębnić znaczenia i wzorce z ogromnych ilości danych, w tym tekstu pisanego zawartego w dokumentach. Wykonując serię zadań, zespół przetestował i porównał wiele dużych modeli językowych, w tym GPT-4 i inne wersje dużych modeli językowych GPT opracowane przez firmę OpenAI.
Coscientist został także wyposażony w kilka różnych modułów oprogramowania, które zespół przetestował najpierw indywidualnie, a następnie wspólnie.
– Próbowaliśmy podzielić wszystkie możliwe zadania naukowe na małe części, a następnie kawałek po kawałku stworzyć szerszy obraz – mówi Boiko, która zaprojektowała ogólną architekturę Coscientist i jej zadania eksperymentalne. – W końcu udało nam się wszystko połączyć.
Moduły oprogramowania umożliwiły Coscientist wykonywanie czynności, które wykonują wszyscy chemicy zajmujący się badaniami: przeszukiwanie informacji publicznych na temat związków chemicznych, znajdowanie i czytanie instrukcji technicznych dotyczących sterowania zrobotyzowanym sprzętem laboratoryjnym, pisanie kodu komputerowego do przeprowadzania eksperymentów oraz analizowanie uzyskanych danych w celu określenia, co zadziałało, a co nie.
W jednym z testów sprawdzano zdolność Coscientist do dokładnego planowania procedur chemicznych, których przeprowadzenie doprowadziłoby do powstania powszechnie stosowanych substancji, takich jak aspiryna, acetaminofen i ibuprofen. Indywidualnie przetestowano i porównano duże modele językowe, w tym dwie wersje GPT z modułem oprogramowania umożliwiającym korzystanie z Google w celu wyszukiwania informacji w Internecie w podobny sposób, w jaki mógłby to zrobić chemik. Powstałe procedury zostały następnie zbadane i ocenione na podstawie tego, czy doprowadziłyby do uzyskania pożądanej substancji, szczegółowości poszczególnych etapów i innych czynników. Niektóre z najwyższych wyników uzyskał moduł GPT-4 z możliwością wyszukiwania, który jako jedyny stworzył procedurę syntezy ibuprofenu o akceptowalnej jakości.
Zaawansowany technologicznie, zrobotyzowany sprzęt chemiczny jest powszechnie używany w laboratoriach do ciągłego zasysania, wyciskania, podgrzewania, wstrząsania i innych czynności z małymi próbkami cieczy z wymaganą precyzją. Robotami takimi steruje się zwykle za pomocą kodu komputerowego napisanego przez chemików, którzy mogą znajdować się w tym samym laboratorium lub na drugim końcu kraju.
Był to pierwszy raz, kiedy takie roboty były sterowane za pomocą kodu komputerowego napisanego przez sztuczną inteligencję.
Egzamin końcowy oprogramowania polegał na połączeniu zmontowanych modułów i szkoleń w celu wykonania polecenia zespołu dotyczącego „przeprowadzenia reakcji Suzuki i Sonogashiry”, nazwanych na cześć ich wynalazców Akiry Suzuki i Kenkichi Sonogashiry. Odkryte w latach 70. reakcje wykorzystują metaliczny pallad do katalizowania wiązań między atomami węgla w cząsteczkach organicznych. Reakcje okazały się niezwykle przydatne w produkcji nowych rodzajów leków stosowanych w leczeniu stanów zapalnych, astmy i innych schorzeń. Są również stosowane w półprzewodnikach organicznych w diodach OLED stosowanych w wielu smartfonach i monitorach. Przełomowe reakcje i ich szerokie skutki zostały formalnie uznane Nagrodą Nobla przyznaną w 2010 r. wspólnie Sukuzi, Richardowi Heckowi i Ei-ichi Negishi.
– Dla mnie momentem eureki było to, że zadawał właściwe pytania – mówi MacKnight, który zaprojektował moduł oprogramowania umożliwiający Coscientist przeszukiwanie dokumentacji technicznej.
Naukowcy szukali odpowiedzi głównie w Wikipedii oraz na wielu innych stronach, w tym na stronach Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego, Królewskiego Towarzystwa Chemii i innych, zawierających artykuły akademickie opisujące reakcje Suzuki i Sonogashiry.
W niecałe cztery minuty Coscientist zaprojektował dokładną procedurę wytwarzania wymaganych reakcji przy użyciu środków chemicznych dostarczonych przez zespół. Kiedy próbował przeprowadzić swoją procedurę w świecie fizycznym za pomocą robotów, popełnił błąd w napisanym kodzie sterującym urządzeniem podgrzewającym i wstrząsającym próbkami cieczy. Bez podpowiedzi ze strony ludzi Coscientist zauważył problem, odesłał do instrukcji technicznej urządzenia, poprawił kod i spróbował ponownie.
Wyniki zawarto w kilku maleńkich próbkach przejrzystego płynu. Boiko przeanalizował próbki i znalazł cechy charakterystyczne dla reakcji Suzuki i Sonogashiry.
Gomes nie mógł uwierzyć, gdy Boiko i MacKnight powiedzieli mu, co zrobił Coscientist. – Musimy być odpowiedzialni i rozważni przy wdrażaniu tych technologii – mówi.
Źródło: materiały Narodowej Fundacji Nauki USA, zdjęcie zajawka: Kamran Aydinow/Freepik
Zostaw komentarz
You must be logged in to post a comment.