Sistemi umetne inteligence (AI) izvajajo raziskave v kemiji samostojno  

Znanstveniki so uspešno integrirali najnovejša orodja umetne inteligence (npr. GPT-4) z avtomatizacijo za razvoj "sistemov", ki so sposobni samostojnega načrtovanja, načrtovanja in izvajanja zapletenih kemijskih poskusov. „Coscientist“ in „ChemCrow“ sta dva taka sistema, ki temeljita na AI, razvita pred kratkim in prikazujeta nove zmogljivosti. Na podlagi GPT-4 (najnovejša različica generativne umetne inteligence OpenAI) je Coscientist demonstriral napredno sklepanje in zmožnosti eksperimentalnega načrtovanja. ChemCrow je učinkovito avtomatiziral niz nalog ter izvedel odkrivanje in sintezo kemičnih agentov. „Coscientist“ in „ChemCrow“ ponujata nov način sinergijskega izvajanja raziskav v sodelovanju s stroji in sta lahko uporabna pri izvajanju eksperimentalnih nalog v avtomatiziranih robotskih laboratorijih.  

Generativno AI Gre za ustvarjanje ali ustvarjanje novih vsebin s strani a računalnik program. Google Translate, ki je nastal pred 17 leti leta 2007, je primer generativnega Umetna inteligenca (AI). Ustvari prevode (izhod) iz danega jezika (vhod). OdpriAJaz sem ChatGPT , Microsoftovi Kopilot, Google Bard, Meta (prej Facebook). Llama , Elona Muska Grok itd so nekateri pomembni AI orodja, ki so trenutno na voljo.  

ChatGPT, predstavljen lani 30. novembra 2022, je postal zelo priljubljen. Pridobil naj bi 1 milijon uporabnikov v 5 dneh in 100 milijonov mesečnih uporabnikov v dveh mesecih. ChatGPT temelji na velikem jezikovnem modelu (LLM). Ključno načelo je jezik modeliranje, tj. predhodno usposabljanje modela s podatki, tako da model ob pozivu napove, kaj sledi v stavkih. Jezikovni model (LM) tako naredi verjetnostno napoved naslednje besede v naravnem jeziku glede na prejšnjo(-e)(-e). Ko temelji na nevronski mreži, se imenuje "jezikovni model nevronske mreže", v tem primeru se podatki obdelujejo na način kot v človeških možganih. Veliki jezikovni model (LLM) je model velikega obsega, ki lahko izvaja različne naloge obdelave naravnega jezika za splošno razumevanje in ustvarjanje jezika. Transformer je arhitektura nevronske mreže, ki se uporablja za gradnjo ChatGPT. Ime 'GPT' je akronim za 'Generative pre-trained Transformer'. OpenAI uporablja velike jezikovne modele, ki temeljijo na transformatorju.  

GPT-4, četrta različica ChatGPT, je bila izdana 13. marca 2023. Za razliko od prejšnjih različic, ki sprejemajo samo vnose besedila, GPT-4 sprejema vnose slik in besedil (zato se predpona Chat ne uporablja za četrto različico). Je velik multimodalni model. GPT-4 Turbo, predstavljen 06. novembra 2023, je izboljšana in zmogljivejša različica GPT-4.  

Soznanstvenik je sestavljen iz petih med seboj povezanih modulov: načrtovalca, spletnega iskalnika, izvajanja kode, dokumentacije in avtomatizacije. Ti moduli si med seboj izmenjujejo sporočila za iskanje po spletu in dokumentaciji, izvajanje kode in izvajanje eksperimentov. Interakcija poteka prek štirih ukazov – ‘GOOGLE’, ‘PYTHON’, ‘DOKUMENTACIJA’ in ‘EXPERIMENT’.  

Modul načrtovalca je glavni modul. Poganja ga GPT-4 in je zadolžen za načrtovanje. Na podlagi preprostega uporabniškega besedilnega poziva načrtovalec izda potrebne ukaze drugim modulom za zbiranje znanja. Modul spletnega iskalnika, ki je tudi LLM, se prikliče z ukazom GOOGLE za iskanje po internetu in povezanih poddejavnostih za učinkovito načrtovanje. Modul za izvajanje kode izvede izvajanje kode prek ukaza PYTHON. Ta modul ne uporablja nobenega LLM. Dokumentacijski modul deluje prek ukaza DOKUMENTACIJA za pridobivanje in povzemanje potrebne dokumentacije. Na podlagi tega modul načrtovalca prikliče ukaz EKSPERIMENT modulu za avtomatizacijo za izvedbo eksperimentov.  

Na ustrezen poziv, Soznanstvenik sintetizirana zdravila proti bolečinam paracetamol in aspirin ter organsko molekule nitroanilina in fenolftaleina ter mnoge druge znane molekule pravilno. Modul načrtovalca bi lahko optimiziral reakcije za najboljše izkoristke reakcije.  

V drugi študiji, agent za kemijo LLM ChemCrow avtonomno načrtoval in sintetiziral repelent za insekte, tri organokatalizatorje in vodil odkritje novega kromoforja. ChemCrow je bil učinkovit pri avtomatizaciji različnih kemijskih opravil.  

Dva ne-organsko, umetni inteligentni sistemi, Soznanstveniki in ChemCrow prikažejo nove zmožnosti avtonomnega načrtovanja in izvajanja kemijskih nalog za sintezo znanih molekul in odkrivanje novih molekul. Imajo napredne zmožnosti razmišljanja, reševanja problemov in eksperimentalnega načrtovanja, kar jim lahko pride prav pri kemijskih raziskavah.  

Takšne sisteme agentov AI lahko uporabljajo nestrokovnjaki za izvajanje rutinskih nalog v kemiji, s čimer zmanjšajo stroške in trud. Imajo tudi potencial za pospešitev odkrivanja novih molekul  

*** 

Reference:  

1. Boiko, DA, inl 2023. Avtonomne kemijske raziskave z velikimi jezikovnimi modeli. Narava 624, 570–578. Objavljeno: 20. december 2023. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06792-0  
2. Novice Univerze Carnegie Mellon 2023 – Umetno inteligentni soznanstvenik, ki ga je zasnoval CMU, avtomatizira znanstvena odkritja. Objavljeno 20. decembra 2023. Na voljo na https://www.cmu.edu/news/stories/archives/2023/december/cmu-designed-artificially-intelligent-coscientist-automates-scientific-discovery  
3. Bran AM, sod 2023. ChemCrow: Razširitev modelov v velikih jezikih s kemijskimi orodji. arXiv:2304.05376v5. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2304.05376 

*** 

Uvodna predavanja o AI:

***