Teknoloji

Coscientist, Nobel Ödülü Kazanan Reaksiyonlarda Uzmanlaşan Yapay Zeka Sistemi

Coscientist, Nobel Ödülü Kazanan Reaksiyonlarda Uzmanlaşan Yapay Zeka Sistemi: Carnegie Mellon Üniversitesi tarafından geliştirilen bir yapay zeka olan Coscientist, karmaşık Nobel Ödülü sahibi kimyasal reaksiyonlarda özerk bir şekilde uzmanlaştı ve bunları gerçekleştirdi; bilimsel keşifleri ve deneysel kesinliği artırmada önemli bir potansiyel ortaya koydu. Laboratuvar robotlarını kontrol etme yeteneği, yapay zeka destekli araştırmalarda büyük bir sıçramaya işaret ediyor. Yapay zeka tabanlı bir sistem, gerçek dünyadaki kimya deneylerini planlamada ve gerçekleştirmede başarılı oluyor ve insan bilim adamlarının daha hızlı ve daha fazla keşif yapmasına yardımcı olma potansiyelini gösteriyor.

Yapay zekaya dayalı bir sistem, bu makaleyi okumanızdan daha kısa bir sürede, Nobel Ödülü kazanan belirli kimyasal reaksiyonlar hakkında otonom bir şekilde bilgi edinebildi ve bunları gerçekleştirmek için başarılı bir laboratuvar prosedürü tasarlayabildi. Yapay zeka tüm bunları yalnızca birkaç dakika içinde yaptı ve ilk denemede başardı. Yapay zekayı bir araya getiren ve test eden araştırma ekibine liderlik eden Carnegie Mellon Üniversitesi kimyageri ve kimya mühendisi Gabe Gomes, “İnsanlar tarafından icat edilen bu karmaşık reaksiyonu ilk kez organik olmayan bir zeka planladı, tasarladı ve gerçekleştirdi” diyor. tabanlı sistem. Yaratılışlarına “Bilim Adamı” adını verdiler.

Nobel Ödüllü Reaksiyonlar ve Yapay Zeka Entegrasyonu Coscientist’in başardığı en karmaşık reaksiyonlar, organik kimyada paladyum katalizli çapraz bağlanmalar olarak bilinir ve bu reaksiyonlar, farmasötik geliştirme sürecinde ve diğer endüstrilerde oynadığı büyük rolün tanınmasıyla insan mucitlerine 2010 Nobel Kimya Ödülü’nü kazandırdı. titiz, karbon bazlı moleküller kullanın.

Nature dergisinde yayınlanan Coscientist’in kanıtlanmış yetenekleri, insanların bilimsel keşiflerin hızını ve sayısını artırmanın yanı sıra deneysel sonuçların tekrarlanabilirliğini ve güvenilirliğini artırmak için yapay zekayı verimli bir şekilde kullanma potansiyelini gösteriyor. Dört kişilik araştırma ekibi, sırasıyla Northwestern Üniversitesi’ndeki ABD Ulusal Bilim Vakfı Kemoenzimatik Sentez Merkezi’nden ve Notre Dame Üniversitesi’ndeki NSF Bilgisayar Destekli Sentez Merkezi’nden destek ve eğitim alan doktora öğrencileri Daniil Boiko ve Robert MacKnight’tan oluşuyor.

Yapay zeka tarafından yürütülen kimya araştırmasının bir sanatçının kavramsal temsili. Çalışma Carnegie Mellon Üniversitesi’nden Gabe Gomes tarafından yönetildi ve ABD Ulusal Bilim Vakfı Kimyasal Yenilik Merkezleri tarafından desteklendi. Kredi bilgileri: ABD Ulusal Bilim Vakfı NSF Kimya Bölümü Direktörü David Berkowitz, “Sistemlerinin gösterdiği kimyasal sentez görevlerinin ötesinde, Gomes ve ekibi bir tür hiper verimli laboratuvar ortağını başarıyla sentezlediler” diyor. “Tüm parçaları bir araya getiriyorlar ve sonuç, parçaların toplamından çok daha fazlası oluyor; gerçekten yararlı bilimsel amaçlar için kullanılabilir.”

Coscientist’in Oluşumu Coscientist’in yazılımı ve silikon bazlı parçaları arasında en önemlisi, yapay “beyinlerini” oluşturan büyük dil modelleridir. Büyük dil modeli, belgelerde yer alan yazılı metinler de dahil olmak üzere çok büyük miktarda veriden anlam ve kalıplar çıkarabilen bir yapay zeka türüdür. Ekip, bir dizi görev aracılığıyla GPT-4 ve OpenAI şirketi tarafından üretilen GPT büyük dil modellerinin diğer sürümleri de dahil olmak üzere çok sayıda büyük dil modelini test etti ve karşılaştırdı. Coscientist ayrıca ekibin önce bireysel olarak, ardından birlikte test ettiği birkaç farklı yazılım modülüyle donatılmıştı.

Coscientist’in genel mimarisini ve deneysel görevlerini tasarlayan Boiko, “Bilimdeki tüm olası görevleri küçük parçalara ayırmaya ve ardından parça parça büyük resmi oluşturmaya çalıştık” diyor. “Sonunda her şeyi bir araya getirdik.” Yazılım modülleri, Coscientist’in tüm araştırma kimyagerlerinin yaptığı şeyleri yapmasına olanak tanıdı: kimyasal bileşikler hakkında kamuya açık bilgileri araştırmak, robotik laboratuvar ekipmanlarının nasıl kontrol edileceğine ilişkin teknik kılavuzları bulmak ve okumak, deneyleri gerçekleştirmek için bilgisayar kodu yazmak ve elde edilen verileri analiz ederek neyin gerekli olduğunu belirlemek. işe yaradı ve ne yaramadı?

Bir test, Coscientist’in, uygulandığı takdirde aspirin, asetaminofen ve ibuprofen gibi yaygın olarak kullanılan maddelerle sonuçlanacak kimyasal prosedürleri doğru bir şekilde planlama yeteneğini inceledi. Büyük dil modelleri ayrı ayrı test edildi ve karşılaştırıldı; GPT’nin iki sürümü de dahil olmak üzere, Google’ın bir insan kimyagerin yapabileceği gibi bilgi aramak için internette arama yapmasına olanak tanıyan bir yazılım modülü. Sonuçta ortaya çıkan prosedürler daha sonra incelendi ve istenen maddeye ulaşıp ulaşamayacağına, adımların ne kadar ayrıntılı olduğuna ve diğer faktörlere göre puanlandı.

En yüksek puanlardan bazıları, ibuprofen sentezi için kabul edilebilir kalitede bir prosedür oluşturan tek modül olan, arama özellikli GPT-4 modülü tarafından elde edildi. Boiko ve MacKnight, Coscientist’in, Boiko’nun kimyayla ilgili bilgileri ve önceden edinilmiş bilgileri kişinin eylemlerini yönlendirmek için kullanma yeteneği olarak tanımladığı “kimyasal akıl yürütmeyi” gösterdiğini gözlemledi. Basitleştirilmiş Moleküler Giriş Hattı Giriş Sistemi (SMILES) formatında (moleküllerin kimyasal yapısını temsil eden makine tarafından okunabilir bir gösterim türü) kodlanmış halka açık kimyasal bilgileri kullandı ve deney planlarında, moleküllerin belirli kısımlarına dayalı olarak değişiklikler yaptı. SMILES verileri içerisinde inceleniyor. Boiko, “Bu, kimyasal akıl yürütmenin mümkün olan en iyi versiyonudur” diyor.

Diğer testler, Coscientist’in robotik laboratuvar ekipmanlarını kontrol eden uygulama programlama arayüzlerini açıklayan teknik belgeleri aramasına ve kullanmasına olanak tanıyan yazılım modüllerini içeriyordu. Bu testler, Coscientist’in kimyasal bileşikleri sentezlemeye yönelik teorik planlarını, fiziksel dünyada laboratuvar robotlarına rehberlik edecek bilgisayar koduna çevirip çeviremeyeceğini belirlemek açısından önemliydi.

Robotiklerin Deneylere Girişi Yüksek teknolojili robotik kimya ekipmanları, laboratuvarlarda küçük sıvı numunelerini kesin bir hassasiyetle emmek, püskürtmek, ısıtmak, çalkalamak ve başka şeyler yapmak için yaygın olarak kullanılır. Bu tür robotlar genellikle aynı laboratuvarda veya ülkenin diğer ucunda bulunabilen kimyagerler tarafından yazılan bilgisayar kodları aracılığıyla kontrol ediliyor. Bu, bu tür robotların yapay zeka tarafından yazılan bilgisayar koduyla ilk kez kontrol edilişiydi.

Ekip, Coscientist’e, robotik bir sıvı işleme makinesinin renkli sıvıyı bir ızgaraya göre hizalanmış 96 küçük kuyucuk içeren bir plakaya dağıtmasını gerektiren basit görevlerle başladı. “Diğer çizgileri dilediğiniz renkle renklendirin”, “mavi bir köşegen çizin” ve anaokulunu hatırlatan diğer ödevler söylendi. Ekip, sıvı işleyici 101’den mezun olduktan sonra Coscientist’i daha fazla robotik ekipman türüyle tanıştırdı. Kimyasal numuneler tarafından emilen ışığın dalga boylarını ölçen spektrofotometreler de dahil olmak üzere çeşitli türde otomatik cihazlarla dolu ticari bir tesis olan Emerald Cloud Lab ile ortaklık kurdular. Daha sonra bilim insanına üç farklı renkte (kırmızı, sarı ve mavi) sıvı içeren bir plaka sunuldu ve hangi renklerin mevcut olduğunu ve plakanın neresinde olduklarını belirlemesi istendi.

Coscientist’in gözleri olmadığı için, gizemli renk plakasını robotik olarak spektrofotometreye ileten ve her bir kuyucuk tarafından emilen ışığın dalga boylarını analiz eden, böylece hangi renklerin mevcut olduğunu ve plaka üzerindeki konumlarını belirleyen bir kod yazdı. Bu görev için araştırmacıların Coscientist’e doğru yönde küçük bir uyarıda bulunarak farklı renklerin ışığı nasıl emdiğini düşünmesi talimatını vermesi gerekiyordu. Gerisini yapay zeka halletti.

Coscientist’in son sınavı, ekibin mucitleri Akira Suzuki ve Kenkichi Sonogashira’dan adını alan “Suzuki ve Sonogashira reaksiyonlarını gerçekleştirme” komutunu yerine getirmek için bir araya getirilmiş modülleri ve eğitimleri bir araya getirmekti. 1970’lerde keşfedilen reaksiyonlarda, organik moleküllerdeki karbon atomları arasındaki bağları katalize etmek için metal paladyum kullanılıyor. Reaksiyonların inflamasyonu, astımı ve diğer rahatsızlıkları tedavi etmek için yeni ilaç türlerinin üretilmesinde son derece yararlı olduğu kanıtlanmıştır. Ayrıca birçok akıllı telefon ve monitörde bulunan OLED’lerdeki organik yarı iletkenlerde de kullanılıyorlar .

Çığır açan tepkiler ve bunların geniş etkileri, 2010 yılında Sukuzi, Richard Heck ve Ei-ichi Negishi’ye ortaklaşa verilen Nobel Ödülü ile resmen tanındı. Elbette Coscientist daha önce bu tepkilere hiç kalkışmamıştı. Bu yazarın önceki paragrafı yazarken yaptığı gibi, Wikipedia’ya gitti ve bunları araştırdı. Büyük Güç, Büyük Sorumluluk Coscientist’in teknik belgelerde arama yapmasını sağlayan yazılım modülünü tasarlayan MacKnight, “Benim için ‘eureka’ anı, tüm doğru soruları sorduğunu görmekti” diyor. Coscientist yanıtları ağırlıklı olarak Wikipedia’nın yanı sıra Amerikan Kimya Topluluğu, Kraliyet Kimya Derneği’nin siteleri ve Suzuki ve Sonogashira reaksiyonlarını açıklayan akademik makaleler içeren diğer sitelerin yanı sıra bir dizi başka sitede aradı.

Dört dakikadan kısa bir süre içinde Coscientist, ekip tarafından sağlanan kimyasalları kullanarak gerekli reaksiyonları üretmek için doğru bir prosedür tasarladı. Fiziksel dünyadaki işlemini robotlarla gerçekleştirmeye çalışırken, sıvı numuneleri ısıtan ve sallayan bir cihazı kontrol etmek için yazdığı kodda hata yaptı. Coscientist, insanlardan herhangi bir talepte bulunmadan sorunu tespit etti, cihazın teknik kılavuzuna başvurdu, kodunu düzeltti ve tekrar denedi. Sonuçlar birkaç küçük berrak sıvı örneğinde bulunuyordu. Boiko örnekleri analiz etti ve Suzuki ve Sonogashira reaksiyonlarının spektral özelliklerini buldu. Boiko ve MacKnight ona Coscientist’in ne yaptığını anlattığında Gomes inanamadı. “Bacağımı çektiklerini sanıyordum” diye anımsıyor. “Ama değildiler. Kesinlikle değildiler. İşte o zaman, tamam, burada çok yeni, çok güçlü bir şey var.”

Bu potansiyel güç, onu akıllıca kullanma ve kötüye kullanıma karşı koruma ihtiyacını da beraberinde getirir. Gomes, yapay zekanın yeteneklerini ve sınırlarını anlamanın, yapay zekanın kasıtlı veya kazara zararlı kullanımlarını etkili bir şekilde önleyebilecek bilinçli kurallar ve politikalar oluşturmanın ilk adımı olduğunu söylüyor. “Bu teknolojilerin nasıl kullanılacağı konusunda sorumlu ve düşünceli olmamız gerekiyor” diyor. Gomes, ABD hükümetinin yapay zekanın güvenli ve emniyetli bir şekilde kullanılmasını sağlama çabalarına uzman tavsiyesi ve rehberlik sağlayan birkaç araştırmacıdan biridir; örneğin Biden yönetiminin yapay zeka geliştirmeyle ilgili Ekim 2023 idari emri .

Keşfi Hızlandırmak, Bilimi Demokratikleştirmek Doğal dünya, boyutu ve karmaşıklığı bakımından neredeyse sonsuzdur ve bulunmayı bekleyen anlatılmamış keşifleri içerir. Enerji verimliliğini önemli ölçüde artıran yeni süper iletken malzemeler veya başka türlü tedavi edilemeyecek hastalıkları tedavi eden ve insan ömrünü uzatan kimyasal bileşikler hayal edin. Ancak yine de bu atılımları gerçekleştirmek için gerekli eğitim ve öğretimi edinmek uzun ve zorlu bir yolculuktur. Bilim insanı olmak zordur . Gomes ve ekibi, Coscientist gibi yapay zeka destekli sistemleri, doğanın keşfedilmemiş enginliği ile eğitimli bilim adamlarının yetersiz olduğu ve muhtemelen her zaman da öyle kalacağı gerçeği arasındaki boşluğu doldurabilecek bir çözüm olarak görüyor.

İnsan bilim adamlarının aynı zamanda uyumak ve ara sıra laboratuvarın dışına çıkmak gibi insani ihtiyaçları da vardır. Oysa insan güdümlü yapay zeka günün her saatinde “düşünebilir”, her meşhur taşı metodik olarak çevirebilir, deneysel sonuçlarını tekrarlanabilirlik açısından kontrol edebilir ve yeniden kontrol edebilir. Gomes, “Yeni fenomenleri, yeni tepkileri, yeni fikirleri keşfetmeye çalışarak özerk bir şekilde çalışabilen bir şeye sahip olabiliriz” diyor. “Ayrıca, temelde herhangi bir alan için giriş engelini de önemli ölçüde azaltabilirsiniz” diyor. Örneğin, Suzuki reaksiyonları konusunda eğitimsiz bir biyolog bunların kullanımını yeni bir şekilde araştırmak isterse Coscientist’ten deneyleri planlamada yardım etmesini isteyebilir. “Kaynakların ve anlayışın bu kadar büyük bir demokratikleşmesine sahip olabilirsiniz” diye açıklıyor. Gomes, bilimde bir şeyi denemek, başarısız olmak, öğrenmek ve geliştirmek gibi yinelenen bir süreç olduğunu ve yapay zekanın bunu önemli ölçüde hızlandırabileceğini söylüyor. “Bu tek başına dramatik bir değişim olacak.” Bu makale hakkında daha fazla bilgi için Carnegie Mellon’un Yapay Zeka Bilim Adamı Dönüşüm Laboratuvarı Çalışmasına bakın .

İlgili Makaleler

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu