Wissenschaftler haben die neuesten KI-Tools (z. B. GPT-4) erfolgreich mit Automatisierung integriert, um „Systeme“ zu entwickeln, die in der Lage sind, komplexe chemische Experimente autonom zu entwerfen, zu planen und durchzuführen. „Coscientist“ und „ChemCrow“ sind zwei solcher KI-basierten Systeme, die kürzlich entwickelt wurden und neue Fähigkeiten aufweisen. Angetrieben von GPT-4 (der neuesten Version der generativen KI von OpenAI) demonstrierte Coscientist fortgeschrittene Argumentations- und experimentelle Designfähigkeiten. ChemCrow automatisierte effektiv eine Reihe von Aufgaben und führte die Entdeckung und Synthese chemischer Wirkstoffe durch. „Coscientist“ und „ChemCrow“ bieten eine neue Möglichkeit, Forschung synergetisch in Partnerschaft mit Maschinen durchzuführen und können bei der Durchführung experimenteller Aufgaben in automatisierten Roboterlabors nützlich sein.
Generativ AI Es geht um die Erstellung oder Generierung neuer Inhalte durch a Computer Programm. Google Translate, das vor 17 Jahren im Jahr 2007 ins Leben gerufen wurde, ist ein Beispiel für Generativität künstliche Intelligenz (AI). Es generiert Übersetzungen (Ausgabe) aus einer bestimmten Sprache (Eingabe). Öffne einIch bin ChatGPT , Microsoft Copilot, Google Barde, Meta (ehemals Facebook) ’s Lama , Elon Musks Grok usw. sind einige der wichtigsten AI derzeit verfügbaren Tools.
ChatGPT, letztes Jahr am 30. November 2022 gestartet, erfreut sich großer Beliebtheit. Es soll innerhalb von 1 Tagen 5 Million Nutzer und innerhalb von zwei Monaten 100 Millionen monatliche Nutzer gewonnen haben. ChatGPT basiert auf einem großen Sprachmodell (LLM). Das Schlüsselprinzip ist Sprache Modellieren, dh das Modell vorab mit den Daten trainieren, sodass das Modell vorhersagt, was als nächstes in den Sätzen kommt, wenn es dazu aufgefordert wird. Ein Sprachmodell (LM) macht somit eine probabilistische Vorhersage des nächsten Wortes in einer natürlichen Sprache, wenn vorhergehende Wörter gegeben sind. Wenn es auf einem neuronalen Netzwerk basiert, wird es als „Neuronales Netzwerk-Sprachmodell“ bezeichnet. In diesem Fall werden Daten auf eine Weise wie im menschlichen Gehirn verarbeitet. Ein Large Language Model (LLM) ist ein groß angelegtes Modell, das eine Vielzahl von Aufgaben zur Verarbeitung natürlicher Sprache für das allgemeine Sprachverständnis und die Generierung von Sprachen ausführen kann. Transformer ist eine neuronale Netzwerkarchitektur, die zum Aufbau von ChatGPT verwendet wird. Der Name „GPT“ ist ein Akronym für „Generative Pre-Trained Transformer“. OpenAI verwendet transformatorbasierte große Sprachmodelle.
GPT-4, die vierte Version von ChatGPT, wurde am 13. März 2023 veröffentlicht. Im Gegensatz zu früheren Versionen, die nur Texteingaben akzeptieren, akzeptiert GPT-4 sowohl Bild- als auch Texteingaben (daher wird das Präfix Chat für die vierte Version nicht verwendet). Es handelt sich um ein großes multimodales Modell. GPT-4 Turbo, am 06. November 2023 gestartet, ist eine verbesserte und leistungsfähigere Version von GPT-4.
Co-Wissenschaftler besteht aus fünf interagierenden Modulen: Planer, Websucher, Codeausführung, Dokumentation und Automatisierung. Diese Module tauschen untereinander Nachrichten für die Web- und Dokumentationssuche, die Codeausführung und die Durchführung von Experimenten aus. Die Interaktion erfolgt über vier Befehle – „GOOGLE“, „PYTHON“, „DOCUMENTATION“ und „EXPERIMENT“.
Das Planermodul ist das Hauptmodul. Es wird von GPT-4 gesteuert und ist mit der Planung beauftragt. Basierend auf einer einfachen Textaufforderung des Benutzers gibt der Planer die erforderlichen Befehle an andere Module aus, um Wissen zu sammeln. Das Web-Suchmodul, das ebenfalls ein LLM ist, wird durch den GOOGLE-Befehl aufgerufen, um das Internet und verwandte Unteraktionen für eine effektive Planung zu durchsuchen. Das Codeausführungsmodul führt die Codeausführung über den PYTHON-Befehl durch. Dieses Modul verwendet kein LLM. Das Dokumentationsmodul fungiert über den Befehl DOCUMENTATION, um die erforderliche Dokumentation abzurufen und zusammenzufassen. Auf dieser Grundlage ruft das Planermodul den EXPERIMENT-Befehl an das Automatisierungsmodul auf, um Experimente durchzuführen.
Bei entsprechender Aufforderung Co-Wissenschaftler synthetisierte Schmerzmittel Paracetamol und Aspirin und die bio Moleküle Nitroanilin und Phenolphthalein sowie viele andere bekannte Moleküle korrekt. Das Planermodul könnte Reaktionen für die besten Reaktionsausbeuten optimieren.
In einer anderen Studie ein LLM-Chemieagent ChemCrow planten und synthetisierten selbstständig ein Insektenschutzmittel und drei Organokatalysatoren und leiteten die Entdeckung eines neuartigen Chromophors. ChemCrow war bei der Automatisierung verschiedener chemischer Aufgaben erfolgreich.
Die beiden Nicht-bio, künstliche intelligente Systeme, Co-Wissenschaftler und ChemCrow Zeigen Sie die neuen Fähigkeiten der autonomen Planung und Ausführung chemischer Aufgaben zur Synthese bekannter Moleküle und zur Entdeckung neuer Moleküle auf. Sie verfügen über fortgeschrittene Denk-, Problemlösungs- und experimentelle Designfähigkeiten, die in der chemischen Forschung nützlich sein können.
Solche KI-Agentensysteme können von Laien zur Ausführung von Routineaufgaben in der Chemie genutzt werden und reduzieren so Kosten und Aufwand. Sie haben auch das Potenzial, die Entdeckung neuer Moleküle zu beschleunigen
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References:
- Boiko, DA, et all 2023. Autonome chemische Forschung mit großen Sprachmodellen. Natur 624, 570–578. Veröffentlicht: 20. Dezember 2023. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06792-0
- Nachrichten der Carnegie Mellon University 2023 – Von der CMU entwickelter künstlich intelligenter Co-Wissenschaftler automatisiert wissenschaftliche Entdeckungen. Veröffentlicht am 20. Dezember 2023. Verfügbar unter https://www.cmu.edu/news/stories/archives/2023/december/cmu-designed-artificially-intelligent-coscientist-automates-scientific-discovery
- Bran AM, et al 2023. ChemCrow: Erweiterung großsprachiger Modelle mit Chemie-Tools. arXiv:2304.05376v5. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2304.05376
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Einführungsvorträge zum Thema KI:
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