Системите с изкуствен интелект (AI) извършват автономни изследвания в областта на химията  

Учените успешно са интегрирали най-новите AI инструменти (напр. GPT-4) с автоматизация, за да разработят „системи“, способни автономно да проектират, планират и извършват сложни химични експерименти. „Coscientist“ и „ChemCrow“ са две такива системи, базирани на AI, разработени наскоро, които показват нововъзникващи възможности. Воден от GPT-4 (най-новата версия на генериращия AI на OpenAI), Coscientist демонстрира усъвършенствани възможности за разсъждение и експериментален дизайн. ChemCrow ефективно автоматизира набор от задачи и извърши откриване и синтез на химични агенти. „Coscientist“ и „ChemCrow“ предлагат нов начин за провеждане на изследвания синергично в партньорство с машини и могат да бъдат полезни при изпълнение на експериментални задачи в автоматизирани роботизирани лаборатории.  

генеративен AI Става дума за създаване или генериране на ново съдържание от a компютър програма. Google Translate, който се появи преди 17 години през 2007 г., е пример за генериране изкуствен интелект (AI). Той генерира преводи (изход) от даден език (вход). OpenaАз съм ChatGPT , На Microsoft втори пилот, Google Бард, Meta (бивш Facebook). Лама , на Илон Мъск Грок и т.н. са някои от важните AI инструменти, налични в момента.  

ChatGPT, стартиран миналата година на 30 ноември 2022 г., стана много популярен. Твърди се, че е придобил 1 милион потребители в рамките на 5 дни и 100 милиона месечни потребители в рамките на два месеца. ChatGPT се основава на голям езиков модел (LLM). Основният принцип е език моделиране, т.е. предварително обучение на модела с данните, така че моделът да предскаже какво следва в изреченията, когато бъде подканен. Езиковият модел (LM) по този начин прави вероятностна прогноза за следващата дума в естествен език, даден предходен(и). Когато се основава на невронна мрежа, тя се нарича „езиков модел на невронна мрежа“, в който случай данните се обработват по начин, както в човешкия мозък. Големият езиков модел (LLM) е широкомащабен модел, който може да изпълнява различни задачи за обработка на естествен език за разбиране и генериране на език с общо предназначение. Transformer е архитектура на невронна мрежа, използвана за изграждане на ChatGPT. Името „GPT“ е акроним за „Generative pre-trained Transformer“. OpenAI използва базирани на трансформатор големи езикови модели.  

GPT-4, четвъртата версия на ChatGPT, беше пусната на 13 март 2023 г. За разлика от по-ранните версии, които приемат само въвеждане на текст, GPT-4 приема въвеждане както на изображения, така и на текстове (следователно префиксът Chat не се използва за четвърта версия). Това е голям мултимодален модел. GPT-4 Turbo, стартирана на 06 ноември 2023 г., е подобрена и по-мощна версия на GPT-4.  

Научен специалист се състои от пет взаимодействащи модула: плановик, уеб търсачка, изпълнение на код, документация и автоматизация. Тези модули обменят съобщения помежду си за търсене в мрежата и документация, изпълнение на код и изпълнение на експерименти. Взаимодействието става чрез четири команди – ‘GOOGLE’, ‘PYTHON’, ‘DOCUMENTATION’ и ‘EXPERIMENT’.  

Модулът за планиране е основният модул. Той се управлява от GPT-4 и има за задача да планира. Въз основа на проста текстова подкана за болка от потребителя, плановият издава необходимите команди към други модули за събиране на знания. Модулът за търсене в мрежата, който също е LLM, се извиква от командата GOOGLE за търсене в интернет и свързани поддействия за ефективно планиране. Модулът за изпълнение на код изпълнява изпълнение на код чрез команда PYTHON. Този модул не използва LLM. Модулът за документация действа чрез команда ДОКУМЕНТАЦИЯ, за да извлече и обобщи необходимата документация. Въз основа на това модулът за планиране извиква команда ЕКСПЕРИМЕНТ към модула за автоматизация за извършване на експерименти.  

При подходяща подкана, Научен специалист синтезирани болкоуспокояващи парацетамол и аспирин и органичен молекули нитроанилин и фенолфталеин и много други известни молекули правилно. Модулът за планиране може да оптимизира реакциите за най-добри реакции.  

В друго проучване, LLM агент по химия ChemCrow автономно планира и синтезира репелент срещу насекоми, три органокатализатора и ръководи откриването на нов хромофор. ChemCrow беше ефективен при автоматизирането на различни химически задачи.  

Двамата не-органичен, изкуствени интелигентни системи, Съучени намлява ChemCrow показват възникващите способности за автономно планиране и изпълнение на химически задачи за синтез на известни молекули и откриване на нови молекули. Те имат усъвършенствани способности за разсъждение, решаване на проблеми и експериментален дизайн, които могат да бъдат полезни в химическите изследвания.  

Такива агентни системи с ИИ могат да се използват от неексперти за изпълнение на рутинни задачи в химията, като по този начин се намаляват разходите и усилията. Те също имат потенциал да ускорят откриването на нови молекули  

*** 

Литература:  

1. Бойко, Д.А., иl 2023. Автономно химично изследване с големи езикови модели. Nature 624, 570–578. Публикувано: 20 декември 2023 г. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06792-0  
2. Новини от университета Карнеги Мелън за 2023 г. – Проектиран от CMU изкуствено интелигентен съучен специалист автоматизира научните открития. Публикувано на 20 декември 2023 г. Налично на https://www.cmu.edu/news/stories/archives/2023/december/cmu-designed-artificially-intelligent-coscientist-automates-scientific-discovery  
3. Бран А.М., и др 2023. ChemCrow: Увеличаване на модели на голям език с инструменти за химия. arXiv:2304.05376v5. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2304.05376 

*** 

Въвеждащи лекции по AI:

***