Το AI πίσω από το ChatGPT είναι έτοιμο να κάνει χημεία

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

Το AI πίσω από το ChatGPT είναι έτοιμο να κάνει Χημεία PlatoBlockchain Data Intelligence. Κάθετη αναζήτηση. Ολα συμπεριλαμβάνονται.

Με τη σειρά από γυαλιστερούς θαλάμους που συνδέονται με σωλήνες, η διάταξη που λειτουργεί με AI μοιάζει περισσότερο με φουτουριστικό ζυθοποιείο παρά με εργαστήριο χημείας.

Ωστόσο, όταν του δίνεται μια προτροπή από τον ανθρώπινο χειριστή του - «φτιάξτε ασπιρίνη» - το σύστημα πηδά στη δράση σαν μια καλολαδωμένη ομάδα χημικών. Ένα AI παίρνει την εντολή και σαρώνει τον Ιστό για να βελτιστοποιήσει μια «συνταγή» για το φάρμακο. Ένα άλλο AI μεταφράζει τα αποτελέσματα σε κώδικα και ένα τρίτο κατευθύνει ρομποτικούς βραχίονες για να πραγματοποιήσουν το πείραμα.

Το σύστημα, που ονομάζεται Coscientist, είναι το πιο πρόσφατο σε μια ώθηση για την αυτοματοποίηση της χημείας με μεγάλα γλωσσικά μοντέλα. Ο τύπος του αλγορίθμου πίσω από το δημοφιλές ChatGPT, τα μοντέλα μεγάλων γλωσσών έχουν κατακλύσει τον κόσμο με την ικανότητά τους να κατανοούν τις εισόδους γλώσσας, ήχου και εικόνας, ενώ παρέχουν χρήσιμες -αν όχι πάντα ακριβείς- απαντήσεις.

Η τεχνητή νοημοσύνη ήδη κάνει θραύση στο εργαστήριο. Από τη μοντελοποίηση των πρωτεϊνικών δομών - τη λύση σε ένα αίνιγμα μισής δεκαετίας - μέχρι τα πρότυπα κυνηγιού σε γενετικά δεδομένα και την «παραίσθηση» νέων χημικών φαρμάκων όπως αντιβιοτικά, η τεχνολογία είναι έτοιμη να μεταμορφώσει την επιστήμη.

Το Coscientist είναι ένα από τα πρώτα στο είδος του. Αναπτύχθηκε από τον Δρ Gabe Gomes και τους συναδέλφους του στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon, μαθαίνει αυτόνομα συνταγές για χημικές αντιδράσεις και σχεδιάζει εργαστηριακές διαδικασίες για να τις κάνει σε λίγα μόνο λεπτά.

Ως απόδειξη της ιδέας, το σύστημα από άκρο σε άκρο έβγαλε μια πολύπλοκη χημική αντίδραση που κέρδισε το Νόμπελ Χημείας 2010 για τον κρίσιμο ρόλο του στην ανάπτυξη φαρμάκων.

«Είναι η πρώτη φορά που μια μη οργανική νοημοσύνη σχεδίασε, σχεδίασε και εκτέλεσε αυτή την περίπλοκη αντίδραση που εφευρέθηκε από ανθρώπους». είπε Γκόμες.

Μια ιδιορρυθμία του συστήματος είναι η σπονδυλωτότητά του. Διαχωρίζοντας τα καθήκοντα χημείας, ο Coscientist συμπεριφέρεται σαν μια ομάδα χημικών που εργάζονται παράλληλα για να βρουν μια λύση, επιταχύνοντας ολόκληρη τη διαδικασία ανακάλυψης φαρμάκων.

Η Coscientist φέρνει «το όραμα των εργαστηρίων αυτόνομης οδήγησης ένα βήμα πιο κοντά στην πραγματικότητα». Έγραψε Η Ana Laura Dias και ο Dr Tiago Rodrigues στο Πανεπιστήμιο της Λισαβόνας, οι οποίοι δεν συμμετείχαν στην εργασία.

Breaking Bad

Η χημεία μοιάζει πολύ με την τελειοποίηση μιας συνταγής.

Ξεκινά με έναν στόχο: Φτιάξτε ένα χημικό με τα λιγότερα απόβλητα. Ακριβώς όπως οι μάγειρες σερφάρουν στο διαδίκτυο για ιδέες συνταγών, οι χημικοί σκάβουν τη δημοσιευμένη βιβλιογραφία και σχεδιάζουν ένα πρωτόκολλο.

Είναι μια κουραστική διαδικασία. Αντιμέτωποι με τη σύνθεση μιας νέας χημικής ουσίας, οι χημικοί αφιερώνουν ώρες ψάχνοντας σε βάσεις δεδομένων με παρόμοια μόρια και αντιδράσεις. Χρειάζονται πολλαπλούς γύρους έρευνας, πειραματισμού και αναθεώρησης προτού πάρουν το επιθυμητό μόριο με ελάχιστα απόβλητα.

«Οι χημικοί, επομένως, από καιρό φιλοδοξούσαν να αναπτύξουν αυτοματοποιημένα συστήματα για να διευκολύνουν την εργασία τους», έγραψαν οι Ντίας και Ροντρίγκες.

Ένα σημαντικό βήμα είναι η έγχυση διαφορετικών τύπων χημικών ουσιών στις ακριβείς ποσότητες και τους τέλειους χρόνους σε πολλαπλούς «θαλάμους», ώστε να μπορούν να πραγματοποιηθούν ξεχωριστές αντιδράσεις. Κανονικά, αυτό γίνεται με το χέρι, αλλά τώρα τα οικονομικά ρομπότ μπορούν εύκολα να προγραμματιστούν ώστε να δημιουργούν νέες χημικές αλληλεπιδράσεις. Δεν είναι τέλειοι όμως. Οι περισσότεροι μπορούν να πραγματοποιήσουν μόνο μία αντίδραση.

«Αυτοί οι περιορισμοί έχουν ματαιώσει το όνειρο» για αυτόνομα χημικούς ρομπότ, έγραψαν οι Ντίας και Ροντρίγκες.

Εδώ μπαίνει το GPT-4 του OpenAI, ο αλγόριθμος πίσω από το ChatGPT.

Γεια σου, Chemical World

Συγκρίνοντας μια σειρά από μεγάλα μοντέλα γλώσσας, όπως το GPT-4, Claude, να γεράκι, η ομάδα διαπίστωσε ότι το Coscientist θα μπορούσε να δημιουργήσει λεπτομερείς «συνταγές» για την παραγωγή των χημικών ουσιών σε υψηλές αποδόσεις. Η νέα μελέτη είναι μια διαδικασία τριών σταδίων, η οποία συνδυάζει πολλαπλές βελτιωμένες περιπτώσεις GPT-4 σε έναν αυτοματοποιημένο χημικό.

Ο πρώτος είναι ο βιβλιοθηκάριος AI, ο οποίος μαθαίνει από μια ποικιλία διαδικτυακών πηγών. Όταν η ομάδα παρακολούθησε τις προτιμήσεις της, διαπίστωσε ότι η τεχνητή νοημοσύνη ξόδεψε τον περισσότερο χρόνο επισκεπτόμενος βιβλιογραφία από κορυφαία χημικά περιοδικά. Αυτή η γνώση είναι πολύτιμη. Συχνά περιγράφονται ως «μαύρο κουτί», τα μεγάλα γλωσσικά μοντέλα δεν εξηγούν πάντα πώς υπολογίζουν τα αποτελέσματά τους. Το Coscientist, από την άλλη πλευρά, εκθέτει τους συλλογισμούς του όπως ένας χημικός που γράφει σημειώσεις σε ένα εργαστηριακό βιβλίο, έτσι ώστε το έργο του να είναι ευκολότερο να αναπαραχθεί.

Η δεύτερη τεχνητή νοημοσύνη στο Coscientist «διαβάζει» εγχειρίδια χρήστη για ρομποτικούς βραχίονες που διανέμουν χημικά αντιδρώντα—όπως διαβάζοντας ένα φυλλάδιο για το πώς να δουλεύεις ένα νέο χλοοκοπτικό, το AI καταναλώνει τη γνώση για να «κατανοήσει» τις οδηγίες του.

Τέλος, το τρίτο AI λειτουργεί έναν ρομποτικό βραχίονα για τη σύνθεση χημικών ουσιών. Διαθέτει επίσης μια ενσωματωμένη "λειτουργία καθηγητή", η οποία αναλύει ποιες αντιδράσεις λειτουργούν - και ποιες όχι - για να ανατροφοδοτεί το σύστημα για περαιτέρω λεπτομέρεια.

Μια προσπάθεια Νόμπελ

Σε μια αρχική δοκιμή, ο Coscientist ενήργησε ως ένα είδος μπάρμαν.

Φορτωμένο με πολλά χρωματιστά υγρά, το AI έλεγχε τον ρομποτικό βραχίονα για να ψεκάζει προσεκτικά κάθε χρώμα σε μια γραμμή μέσα σε ένα πλέγμα 96 φρεατίων. Αυτό είναι σαν να προσπαθείς να φτιάξεις πολύχρωμα παγάκια σε μια παγοθήκη χωρίς να χυθούν. Κυρίως λειτούργησε. Με μια απλή εντολή «σχεδιάστε μια μπλε διαγώνιο», ο Coscientist μπόρεσε να ακολουθήσει τις οδηγίες (με λίγη ανθρώπινη βοήθεια).

Αυξάνοντας τη δυσκολία, η ομάδα προκάλεσε στη συνέχεια το σύστημα να συνθέσει επτά υπερπαραγωγικά φάρμακα, συμπεριλαμβανομένων κοινών παυσίπονων όπως η ασπιρίνη, η ακεταμινοφαίνη - το δραστικό συστατικό του Tylenol - και η ιβουπροφαίνη.

Ο επιστήμονας υπολόγισε πόσο από κάθε συστατικό χρειαζόταν για κάθε ρομποτικό βραχίονα και τα ανακάτεψε με τη βέλτιστη ταχύτητα. Η τεχνητή νοημοσύνη δυσκολεύτηκε την πρώτη φορά, αλλά με την εξάσκηση, έμαθε πότε οι ρομποτικοί βραχίονες υπερθερμάνθηκαν ή πότε έβρασαν τα χημικά. Τελικά, σαν έμπειρος μάγειρας, η τεχνητή νοημοσύνη βρήκε μια τέλεια συνταγή για το επιθυμητό προϊόν.

Η ομάδα ζήτησε επίσης από το Coscientist να βελτιστοποιήσει μια σειρά χημικών αντιδράσεων για να αυξήσει την απόδοση - μια εξαιρετικά δύσκολη πρόκληση για τη χημεία. Με μόλις 10 παραδείγματα, το σύστημα απέδωσε καλύτερα από μια καθιερωμένη μέθοδο μηχανικής εκμάθησης. Το Coscientist δυσκολεύτηκε όταν τα στοιχεία GPT του δεν είχαν αρκετά παραδείγματα, αλλά γρήγορα έμαθε. Μετά από κάθε επανάληψη, αποκτούσε «γνώση» και προσάρμοζε τη στρατηγική του για το σχεδιασμό του επόμενου βήματος με την πάροδο του χρόνου.

Προς το παρόν, ο Coscientist είναι λίγο σαν νέος φοιτητής χημείας. Μπορεί να διαβάσει και να αναλύσει τρέχουσες δημοσιεύσεις, να δημιουργήσει ιδέες και να τις δοκιμάσει. Αλλά μερικές φορές εκτοξεύει ανοησίες, μια πτώση που μαστίζει τα περισσότερα μεγάλα γλωσσικά μοντέλα. Είναι επομένως απαραίτητο να το χρησιμοποιούν οι χημικοί τη διαίσθησή τους και ελέγξτε τα αποτελέσματα. Τα χημικά προβλήματα του πραγματικού κόσμου είναι επίσης πολύ πιο περίπλοκα από αυτά που αντιμετωπίζονται στη μελέτη, ειδικά στον τομέα της βιολογίας.

Με περισσότερη ανάπτυξη, η ομάδα οραματίζεται τον Coscientist ως βοηθό. Μπορεί να δοκιμάσει γρήγορα μια σειρά από χημικές συνταγές και οι χημικοί μπορούν να κοιμηθούν καλά καθώς το ρομποτικό σύστημα απομακρύνεται.

«Μπορούμε να έχουμε κάτι που μπορεί να λειτουργεί αυτόνομα, προσπαθώντας να ανακαλύψουμε νέα φαινόμενα, νέες αντιδράσεις, νέες ιδέες», είπε ο Γκόμες.

Image Credit: Λούις Ριντ / Unsplash