Ο πρώτος βοηθός εργαστηρίου τεχνητής νοημοσύνης με GPT-4 κατευθύνει ανεξάρτητα βασικές οργανικές αντιδράσεις | Ερευνα

By | January 9, 2024

Οι υπολογιστές χημικοί με έδρα τις ΗΠΑ έχουν αναπτύξει έναν βοηθό έρευνας από άκρο σε άκρο τεχνητής νοημοσύνης (AI) που ονομάζεται Coscientist, ο οποίος φροντίζει για κουραστικές εργασίες όπως ο καθορισμός συνθηκών αντίδρασης και η σύνταξη κώδικα για αυτοματοποιημένα συστήματα. Η ομάδα του Gabe Gomes στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon στο Πίτσμπουργκ προσάρμοσε το GPT-4 Extended Language Model (LLM) που εξουσιοδοτεί την πληρωμένη έκδοση του ChatGPT να εκτελεί διαφορετικές λειτουργίες στο Coscientist. Οι επιστήμονες δημοσίευσαν τώρα επίσημα την πρώτη επίδειξη του Coscientist για αυτόνομο σχεδιασμό, σχεδιασμό και διεξαγωγή αντιδράσεων σχηματισμού δεσμών άνθρακα-άνθρακα που καταλύονται από παλλάδιο, που αρχικά περιγράφηκε σε προεκτύπωση τον Απρίλιο του 2023.

«Ο επιστήμονας σχεδιάζει στη συνέχεια τα πειράματα έτσι ώστε να μπορούν να πραγματοποιηθούν με τον εξοπλισμό που έχει στη διάθεσή του, στη συνέχεια τα εκτελεί και αναλύει τα αποτελέσματα», εξηγεί ο Γκόμες. Ο κόσμος της χημείας. «Αυτό το από άκρο σε άκρο πλαίσιο είναι που κάνει τα πράγματα τόσο διαφορετικά. »

Οι LLMs, όπως το ChatGPT, μαθαίνουν σχέσεις μεταξύ λέξεων και φράσεων από δισεκατομμύρια γραπτά παραδείγματα. Στη συνέχεια, μπορούν να ανταποκριθούν στις προτροπές των χρηστών σε φυσική γλώσσα. Αυτή η γλωσσική εστίαση σήμαινε ότι τα LLM ήταν λιγότερο κατάλληλα για χημικές εργασίες από άλλα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης, όπως τα νευρωνικά δίκτυα γραφημάτων, τα οποία αντιπροσωπεύουν καλύτερα τις μοριακές δομές. Ωστόσο, ερευνητές, συμπεριλαμβανομένων επιστημόνων της IBM, έχουν χρησιμοποιήσει με επιτυχία την επεξεργασία φυσικής γλώσσας AI στη χημεία.

Η ομάδα του Gomes άρχισε να πειραματίζεται με LLM τον Οκτώβριο του 2022. Αυτό σημαίνει ότι οι εκτοξεύσεις του συστήματος ChatGPT του OpenAI τον Νοέμβριο του 2022 και του ακόμα πιο προηγμένου GPT-4 τον Μάρτιο του 2023 ήταν τέλεια χρονικά. Οι ερευνητές στο Carnegie Mellon εκμεταλλεύτηκαν γρήγορα το GPT-4. «Το τρελό μου πρωτότυπο ήταν ικανό να κάνει τα πράγματα πολύ καλά», θυμάται ο Γκόμες.

Ένας συν-επιστήμονας στο σωστό δρόμο

Σύντομα, η ομάδα του Gomes αξιοποίησε το GPT-4 σε τέσσερις ενότητες λογισμικού. Ένα από αυτά, στην καρδιά του Coscientist, είναι μια ενότητα σχεδιασμού. Αναφέρεται σε άλλες ενότητες, συμπεριλαμβανομένης μιας που αναζητά στο Διαδίκτυο και σε ακαδημαϊκά άρθρα για δημόσιες πληροφορίες σχετικά με χημικές ενώσεις. Μια τρίτη ενότητα ενσωματώνει κείμενο από εγχειρίδια οδηγιών εξοπλισμού ρομποτικού εργαστηρίου και ζητά από το LLM να αναζητήσει πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο ελέγχου αυτού του εξοπλισμού. Μια τέταρτη ενότητα αναλύει δεδομένα από πειράματα για να δει τι λειτούργησε και τι όχι. Η ενότητα Coscientist Core Planning μπορεί επίσης να αναφέρεται σε μια πέμπτη ενότητα που δεν χρησιμοποιεί GPT-4, αλλά εκτελεί ξεχωριστά τον κώδικα γλώσσας προγραμματισμού Python για να εκτελέσει υπολογισμούς για να βοηθήσει στην προετοιμασία πειραμάτων.

Εικόνα

Το προκύπτον σύστημα σχεδιάζει, σχεδιάζει και εκτελεί αυτόνομα χημικές αντιδράσεις, «από μία μόνο αγγλική προτροπή», σύμφωνα με τον Gomes. Το κύριο αρχικό παράδειγμα της ομάδας του είναι ο Coscientist που εκτελεί αντιδράσεις σχηματισμού δεσμών άνθρακα-άνθρακα που καταλύονται από το παλλάδιο της Suzuki και της Sonogashira. Η προτροπή που χρησιμοποιήθηκε από τους διδακτορικούς φοιτητές του Gomes, Daniil Boiko και Robert MacKnight, λέει στο Coscientist πού βρίσκονται τα αντιδραστήρια σε μια πλαστική πλάκα πολλών φρεατίων. Περιλάμβαναν τέσσερα αρυλαλογονίδια, ένα αλκίνιο, ένα βορικό οξύ, δύο καταλύτες παλλαδίου και δύο βάσεις αμίνης, καθώς και έναν διαλύτη. Σε λιγότερο από τέσσερα λεπτά, ο Coscientist σχεδίασε ακριβείς διαδικασίες αντίδρασης. Η αέρια χρωματογραφία και η φασματομετρία μάζας έδειξαν ότι η Coscientist κατασκεύασε με επιτυχία τα προϊόντα-στόχους της.

Ικανότητες και ανησυχίες

Άλλες ασκήσεις καταδεικνύουν επίσης τις ικανότητες του Coscientist. Ορισμένοι δείχνουν ότι μπορεί να διανείμει με ακρίβεια χρωματιστά υγρά σε πλαστικές πλάκες πολλών φρεατίων σε σχέδια που περιγράφονται σε μια προτροπή. Άλλα δεν περιελάμβαναν εργαστηριακά πειράματα, όπως το σχεδιασμό χημικών διαδικασιών για την παρασκευή κοινών παυσίπονων όπως η ασπιρίνη, η ακεταμινοφαίνη και η ιβουπροφαίνη. Η ομάδα του Gomes ζήτησε επίσης από το Coscientist να βελτιστοποιήσει τις συνθήκες αντίδρασης, χρησιμοποιώντας πληροφορίες από προϋπάρχοντα σύνολα δεδομένων – αντί από νέα πειράματα – για να μάθει εάν η επέμβαση ήταν επιτυχής.

Coscientist_Full_text__Gomes_41586_2023_6792_OnlinePDF_300-5

Οι περιορισμοί και οι ανησυχίες που επισημάνθηκαν από την ομάδα του Gomes περιλαμβάνουν ότι όταν ζητείται από τον Coscientist να εκτελέσει νέες εργασίες με άγνωστους κινδύνους, είναι σημαντικό να έχουμε έναν άνθρωπο «εν γνώσει». “Αν κάνετε κάτι που έχει γίνει εκατοντάδες φορές, είναι ασφαλές”, προσθέτει ο Gomes. «Τίποτα απολύτως δεν σας εμποδίζει να διαχειριστείτε το Coscientist με έναν εντελώς αυτόνομο τρόπο. Ένα άλλο πρόβλημα είναι ότι οι δοκιμές της ομάδας Carnegie Mellon δείχνουν ότι το Coscientist μπορεί να παράγει ελεγχόμενα φάρμακα και χημικά όπλα όταν του ζητηθεί. «Λύνουμε μερικά από αυτά τα προβλήματα μόνοι μας, αλλά η πραγματικότητα είναι επίσης ότι χρειαζόμαστε βοήθεια».

Ο Alán Aspuru-Guzik του Πανεπιστημίου του Τορόντο συγκρίνει με ενθουσιασμό τον Coscientist με τον τύπο του βοηθού που φανταζόταν ο ίδιος και άλλοι χημικοί το 2018. «Αυτό το έγγραφο δείχνει ότι τα δεδομένα από το Διαδίκτυο είναι επαρκή για να μπορούμε να σχεδιάσουμε χημικές αντιδράσεις», προσθέτει ο Aspuru-Guzik. . Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι χρησιμοποιεί υπάρχουσα τεχνολογία αυτοματισμού εργαστηρίου, αντί για λιγότερο καθιερωμένη τεχνολογία ανθρωποειδούς που χρησιμοποίησε η ομάδα του Τορόντο σε ένα σύστημα που τροφοδοτείται με GPT-3 που αποκαλύφθηκε τον Αύγουστο του 2023.

Σχέδιο

Υψηλότερο επίπεδο

Ο Coscientist κατατάσσεται παράλληλα με ένα παρόμοιο σύστημα που τροφοδοτείται με GPT-4 που ονομάζεται ChemCrow, σημειώνει ο Aspuru-Guzik. Η πρώτη προεκτύπωση του ChemCrow κυκλοφόρησε μαζί με το Coscientist τον Απρίλιο του 2023. Σε αυτό το σημείο, η ChemCrow δεν ήταν ενσωματωμένη με την αυτοματοποίηση, κάτι που οι προγραμματιστές της συνειδητοποίησαν σε ενημερωμένες εκδόσεις της προεκτύπωσης αργά το 2023. Εν τω μεταξύ, το Coscientist δεν έχει ακόμη δημιουργήσει προεκτύπωση. Νέα ευρήματα που έχουν δημοσιευθεί, συνεχίζει ο Aspuru-Guzik, και θέλει επίσης στοιχεία ότι είναι «πολύ ισχυρά». «Θα γίνει περισσότερη δουλειά. Αλλά αυτό το έγγραφο είναι ένα καλό πρώτο βήμα.

Μια πιθανή συνέπεια αυτών των βοηθών τεχνητής νοημοσύνης είναι ο τερματισμός των μεγάλων εργαστηριακών ημερών για τους διδακτορικούς φοιτητές, κάτι που ο Γκόμες χαιρετίζει. Δεν θα σημαίνει απαραίτητα λιγότερη δουλειά για ένα διδακτορικό, λέει, αλλά απλώς θα αλλάξει αυτό που κάνουν οι άνθρωποι. «Οι επιστήμονες μπορούν να έχουν πολύ πιο προηγμένες ιδέες».

Σήμερα, μήνες μετά τα πειράματα που περιγράφονται σε αυτό το άρθρο, το Coscientist εκτελεί ήδη πολύ μεγαλύτερες αυτοματοποιημένες συνοπτικές αναλύσεις, προσθέτει ο Gomes. «Το περασμένο Σαββατοκύριακο λάβαμε πάνω από 1.000 αντιδράσεις σε ένα μόνο Σαββατοκύριακο», λέει, σε σύγκριση με λίγες μόνο στην πρόσφατη έκδοση. «Χτίζουμε το μεγαλύτερο σύνολο δεδομένων πειραματικών αντιδράσεων με κινητική – η Coscientist ηγείται αυτών των προσπαθειών».

Category: A.I

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *