Forskare har framgångsrikt integrerat de senaste AI-verktygen (t.ex. GPT-4) med automatisering för att utveckla "system" som autonomt kan designa, planera och utföra komplexa kemiska experiment. "Coscientist" och "ChemCrow" är två sådana AI-baserade system som nyligen utvecklats och som visar nya funktioner. Driven av GPT-4 (den senaste versionen av generativ AI av OpenAI), visade Coscientist avancerade resonemang och experimentella designmöjligheter. ChemCrow automatiserade effektivt en uppsättning uppgifter och utförde upptäckt och syntes av kemiska medel. 'Coscientist' och 'ChemCrow' erbjuder ett nytt sätt att bedriva forskning synergistiskt i samarbete med maskiner och kan komma till nytta för att utföra experimentella uppgifter i automatiserade robotlaboratorier.
generativ AI Handlar om skapande eller generering av nytt innehåll av en dator program. Google Translate som kom till för 17 år sedan 2007 är ett exempel på generativ artificiell intelligens (AI). Den genererar översättningar (output) från ett givet språk (input). ÖppnaAÄr ChatGPT , Microsofts Copilot, Google Bard, Meta (tidigare Facebook) ’s Lama , Elon Musk's grok etc är några viktiga AI tillgängliga verktyg för närvarande.
ChatGPT, som lanserades förra året den 30 november 2022, har blivit mycket populärt. Det sägs ha fått 1 miljon användare inom 5 dagar och 100 miljoner månatliga användare inom två månader. ChatGPT bygger på en stor språkmodell (LLM). Nyckelprincipen är språk modellering dvs förträning av modellen med data så att modellen förutsäger vad som kommer härnäst i meningarna när du uppmanas. En språkmodell (LM) gör alltså en probabilistisk förutsägelse av nästa ord i ett naturligt språk som ges före ett eller flera. När den är baserad på neurala nätverk kallas den "neural nätverksspråkmodell", i vilket fall data bearbetas på ett sätt som i den mänskliga hjärnan. En stor språkmodell (LLM) är en storskalig modell som kan utföra en mängd olika naturliga språkbearbetningsuppgifter för allmän språkförståelse och -generering. Transformer är en neural nätverksarkitektur som används för att bygga ChatGPT. Namnet 'GPT' är en akronym för 'Generativ förtränad transformator'. OpenAI använder transformatorbaserade stora språkmodeller.
GPT-4, ChatGPTs fjärde version, släpptes den 13 mars 2023. Till skillnad från tidigare versioner som endast accepterar textinmatning, accepterar GPT-4 både bild- och textinmatning (därav används inte prefixet Chat för den fjärde versionen). Det är en stor multimodal modell. GPT-4 Turbo, lanserades den 06 november 2023, är en förbättrad och kraftfullare version av GPT-4.
Koscientist består av fem interagerande moduler: planerare, webbsökare, kodexekvering, dokumentation och automatisering. Dessa moduler utbyter meddelanden med varandra för webb- och dokumentationssökning, kodexekvering och utförande av experiment. Interaktionen sker genom fyra kommandon – 'GOOGLE', 'PYTHON', 'DOKUMENTATION' och 'EXPERIMENT'.
Planeraremodulen är huvudmodulen. Den drivs av GPT-4 och har i uppdrag att planera. Baserat på en enkel textuppmaning från användaren, utfärdar planeraren nödvändiga kommandon till andra moduler för att samla in kunskap. Webbsökarmodulen som också är en LLM anropas av GOOGLE-kommandot för att söka på internet och relaterade delåtgärder för effektiv planering. Kodexekveringsmodulen utför kodexekvering genom kommandot PYTHON. Denna modul använder inte någon LLM. Dokumentationsmodulen fungerar genom kommandot DOCUMENTATION för att hämta och sammanfatta nödvändig dokumentation. Baserat på detta anropar planeringsmodulen EXPERIMENT-kommandot till automationsmodulen för att utföra experiment.
Vid lämplig uppmaning, Koscientist syntetiserade smärtstillande medel paracetamol och aspirin och ekologisk molekyler nitroanilin och fenolftalein och många andra kända molekyler korrekt. Planeraremodulen kan optimera reaktioner för bästa reaktionsutbyte.
I en annan studie, en LLM kemi agent ChemCrow planerade och syntetiserade autonomt ett insektsmedel, tre organokatalysatorer, och ledde upptäckten av en ny kromofor. ChemCrow var effektivt för att automatisera olika kemiska uppgifter.
De två icke-ekologisk, artificiella intelligenta system, Samvetare och ChemCrow visa de framväxande kapaciteterna för autonom planering och utförande av kemiska uppgifter för syntes av kända molekyler och upptäckt av nya molekyler. De har avancerade resonemang, problemlösning och experimentell designkapacitet som kan komma till nytta i kemisk forskning.
Sådana AI-agentsystem kan användas av icke-experter för att utföra rutinuppgifter inom kemi, vilket minskar kostnader och ansträngningar. De har också potential att snabba upp upptäckten av nya molekyler
***
Referenser:
- Boiko, DA, ochl 2023. Autonom kemisk forskning med stora språkmodeller. Nature 624, 570–578. Publicerad: 20 december 2023. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06792-0
- Nyheter från Carnegie Mellon University 2023 – CMU-designad artificiellt intelligent coscientist automatiserar vetenskaplig upptäckt. Upplagd 20 december 2023. Finns på https://www.cmu.edu/news/stories/archives/2023/december/cmu-designed-artificially-intelligent-coscientist-automates-scientific-discovery
- Bran AM, et al, 2023. ChemCrow: Förstärkning av storspråkiga modeller med kemiverktyg. arXiv:2304.05376v5. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2304.05376
***
Introduktionsföreläsningar om AI:
***
