AI din spatele ChatGPT este gata să facă chimie

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

Cu șirul său de camere lucioase conectate prin tuburi ondulate, configurația alimentată de AI arată mai mult ca o fabrică de bere futuristă decât un laborator de chimie.

Cu toate acestea, atunci când operatorul uman îi primește o solicitare - „fabricați aspirina” - sistemul intră în acțiune ca o echipă de chimiști bine unsă. O singură IA preia comanda și parcurge internetul pentru a optimiza o „rețetă” pentru medicament. Un alt AI traduce rezultatele în cod, iar un al treilea direcționează brațele robotice pentru a efectua experimentul.

Sistemul, numit Coscientist, este cel mai recent dintr-un impuls de automatizare a chimiei cu modele mari de limbaj. Tipul de algoritm din spatele popularului ChatGPT, modelele de limbă mari au luat lumea cu asalt prin capacitatea lor de a înțelege intrările de limbă, audio și imagini, oferind în același timp răspunsuri utile, dacă nu întotdeauna exacte.

Inteligența artificială face deja explozie în laborator. De la modelarea structurilor proteinelor – soluția pentru o enigmă de o jumătate de deceniu – până la modele de vânătoare în datele genetice și „halucinarea” noilor medicamente chimice, cum ar fi antibiotice, tehnologia este gata să transforme știința.

Coscientist este unul dintre primii de acest gen. Dezvoltat de Dr. Gabe Gomes și colegii de la Universitatea Carnegie Mellon, acesta învață în mod autonom rețete pentru reacții chimice și proiectează proceduri de laborator pentru a le face în doar câteva minute.

Ca o dovadă a conceptului, sistemul end-to-end a declanșat o reacție chimică complexă care a câștigat Premiul Nobel pentru chimie în 2010 pentru rolul său critic în dezvoltarea medicamentelor.

„Este prima dată când o inteligență non-organică a planificat, proiectat și executat această reacție complexă care a fost inventată de oameni.” a spus Gomes.

O particularitate a sistemului este modularitatea acestuia. Împărțind sarcinile de chimie, Coscientist se comportă ca o echipă de chimiști care lucrează în tandem pentru a găsi o soluție, accelerând întregul proces de descoperire a medicamentelor.

Coscientist aduce „viziunea laboratoarelor cu conducere autonomă cu un pas mai aproape de realitate”. scris Ana Laura Dias și Dr. Tiago Rodrigues de la Universitatea din Lisabona, care nu au fost implicați în lucrare.

Breaking Bad

Chimia seamănă mult cu perfecționarea unei rețete.

Începe cu un scop: fabricați o substanță chimică cu cele mai puține deșeuri. Așa cum bucătarii navighează pe internet pentru idei de rețete, chimiștii caută în literatura publicată și elaborează un protocol.

Este un proces obositor. Provocați să sintetizeze o nouă substanță chimică, chimiștii petrec ore întregi căutând baze de date cu molecule și reacții similare. Au nevoie de mai multe runde de cercetare, experimentare și revizuire înainte de a obține molecula dorită cu deșeuri minime.

„Chimiștii, așadar, au aspirat de mult să dezvolte sisteme automatizate pentru a le facilita munca”, au scris Dias și Rodrigues.

Un pas major este injectarea diferitelor tipuri de substanțe chimice în cantitățile exacte și timpii perfecti în mai multe „camere”, astfel încât să poată avea loc reacții separate. În mod normal, acest lucru se face manual, dar acum roboții la prețuri accesibile pot fi programați cu ușurință pentru a stabili noi interacțiuni chimice. Totuși, nu sunt perfecți. Majoritatea pot efectua o singură reacție.

„Aceste limitări au frustrat visul” pentru chimiștii roboți autonomi, au scris Dias și Rodrigues.

Iată unde intervine GPT-4 de la OpenAI, algoritmul din spatele ChatGPT.

Bună ziua, Lumea Chimică

Comparând o serie de modele mari de limbă, cum ar fi GPT-4, Claude, și Şoim, echipa a descoperit că Coscientist ar putea genera „rețete” detaliate pentru fabricarea substanțelor chimice cu randamente ridicate. Noul studiu este un proces în trei etape, înșiruind mai multe instanțe ajustate ale GPT-4 într-un chimist automat.

Primul este bibliotecarul AI, care învață dintr-o varietate de surse online. Când echipa și-a urmărit preferințele, au descoperit că IA a petrecut cel mai mult timp vizitând literatură din reviste de chimie de top. Această perspectivă este valoroasă. Descrise adesea ca o „cutie neagră”, modelele mari de limbaj nu explică întotdeauna modul în care își calculează rezultatele. Coscientist, pe de altă parte, își prezintă raționamentul ca un chimist care scrie note într-o carte de laborator, astfel încât munca sa este mai ușor de reprodus.

Al doilea AI din Coscientist „citește” manuale de utilizare pentru brațele robotizate care distribuie reactanți chimici – cum ar fi citirea unui pamflet despre cum să lucrezi cu o nouă mașină de tuns iarba, AI consumă cunoștințele pentru a „înțelege” instrucțiunile sale.

În cele din urmă, a treia IA operează un braț robot pentru a sintetiza substanțe chimice. Are, de asemenea, un „mod profesor” încorporat, care analizează ce reacții funcționează – și care nu – pentru a alimenta sistemul pentru o reglare fină ulterioară.

Un efort Nobel

Într-un test inițial, Coscientist a acționat ca un fel de barman.

Încărcat cu mai multe lichide colorate, AI a controlat brațul robotizat pentru a pulveriza cu atenție fiecare culoare într-o linie în interiorul unei rețele cu 96 de godeuri. Este ca și cum ai încerca să faci cuburi de gheață multicolore într-o tavă de gheață fără a vărsa. A funcționat în mare parte. Cu o comandă simplă „desenează o diagonală albastră”, Coscientist a putut să urmeze instrucțiunile (cu puțin ajutor uman).

Creșterea greutății, echipa a provocat apoi sistemul să sintetizeze șapte medicamente de succes, inclusiv analgezice obișnuite, cum ar fi aspirina, acetaminofenul - ingredientul activ din Tylenol - și ibuprofenul.

Coscientist a calculat cât de mult din fiecare ingredient a fost necesară pentru fiecare braț robotic și le-a amestecat la viteză optimă. AI s-a luptat prima dată, dar cu practică, a învățat când brațele robotice s-au supraîncălzit sau când substanțele chimice au fiert. În cele din urmă, ca un bucătar experimentat, AI a ajuns la o rețetă perfectă pentru produsul dorit.

Echipa i-a cerut lui Coscientist să optimizeze o serie de reacții chimice pentru a crește randamentul - o provocare chimică notoriu de dificilă. Cu doar 10 exemple, sistemul a funcționat mai bine decât o metodă de învățare automată consacrată. Coscientist s-a luptat când componentele sale GPT nu au avut suficiente exemple, dar a învățat rapid. După fiecare iterație, a dobândit „cunoștințe” și și-a adaptat strategia pentru planificarea următorului pas în timp.

Deocamdată, Coscientist este un pic ca un nou student la chimie. Poate citi și analiza publicații curente, poate genera idei și le poate testa. Dar uneori, de asemenea, aruncă prostii, o cădere care afectează majoritatea modelelor de limbaj mari. Prin urmare, este necesar ca chimiștii să-l folosească intuitia lor si verifica rezultatele. Problemele chimice din lumea reală sunt, de asemenea, mult mai complexe decât cele abordate în studiu, în special în domeniul biologiei.

Cu mai multă dezvoltare, echipa îl consideră pe Coscientist ca un ajutor. Poate testa rapid o gamă largă de rețete chimice, iar chimiștii pot dormi bine pe măsură ce sistemul robotic dispare.

„Putem avea ceva care poate rula în mod autonom, încercând să descoperim noi fenomene, noi reacții, noi idei”, a spus Gomes.

Credit imagine: Louis Reed / Unsplash