Sistemas de Inteligência Artificial (IA) realizam pesquisas em química de forma autônoma  

Os cientistas integraram com sucesso as mais recentes ferramentas de IA (por exemplo, GPT-4) com a automação para desenvolver “sistemas” capazes de conceber, planear e realizar de forma autónoma experiências químicas complexas. ‘Coscientist’ e ‘ChemCrow’ são dois sistemas baseados em IA desenvolvidos recentemente que apresentam capacidades emergentes. Impulsionado pelo GPT-4 (a versão mais recente da IA ​​generativa do OpenAI), o Coscientist demonstrou raciocínio avançado e capacidades de design experimental. ChemCrow automatizou com eficácia um conjunto de tarefas e executou a descoberta e síntese de agentes químicos. ‘Coscientist’ e ‘ChemCrow’ oferecem uma nova forma de conduzir pesquisas sinergicamente em parceria com máquinas e podem ser úteis na execução de tarefas experimentais em laboratórios robóticos automatizados.  

Alianças AI Se trata de criação ou geração de novos conteúdos por um computador programa. O Google Translate, que surgiu há 17 anos, em 2007, é um exemplo de capacidade generativa. inteligência artificial (AI). Ele gera traduções (saída) de um determinado idioma (entrada). AbrirAÉ ChatGPT , Da Microsoft Copilot, Google Bardo, Meta (anteriormente Facebook) lhama , Elon Musk's Grok etc são alguns dos importantes AI ferramentas atualmente disponíveis.  

O ChatGPT, lançado em 30 de novembro de 2022, tornou-se muito popular. Diz-se que conquistou 1 milhão de usuários em 5 dias e 100 milhões de usuários mensais em dois meses. O ChatGPT é baseado em um modelo de linguagem de grande escala (LLM). O princípio fundamental é a modelagem de linguagem , ou seja, o pré-treinamento do modelo com os dados para que ele preveja o que vem a seguir nas frases quando solicitado. Um modelo de linguagem (LM) faz, portanto, uma previsão probabilística da próxima palavra em uma linguagem natural, dadas as palavras anteriores. Quando baseado em redes neurais, é chamado de "modelo de linguagem de rede neural", caso em que os dados são processados ​​de maneira semelhante ao cérebro humano. Um modelo de linguagem de grande escala (LLM) é um modelo em larga escala que pode executar uma variedade de tarefas de processamento de linguagem natural para compreensão e geração de linguagem de propósito geral. O Transformer é a arquitetura de rede neural usada para construir o ChatGPT. O nome "GPT" é um acrônimo para "Generative pre-trained Transformer" (Transformer pré-treinado generativo). A OpenAI usa modelos de linguagem de grande escala baseados em Transformers.

O GPT-4 , a quarta versão do ChatGPT, foi lançado em 13 de março de 2023. Ao contrário das versões anteriores, que aceitavam apenas entradas de texto, o GPT-4 aceita entradas de imagem e texto (por isso o prefixo "Chat" não é usado na quarta versão). É um modelo multimodal de grande porte. O GPT-4 Turbo, lançado em 06 de novembro de 2023, é uma versão aprimorada e mais poderosa do GPT-4.

O Coscientist é composto por cinco módulos interativos: planejador, buscador na web, execução de código, documentação e automação. Esses módulos trocam mensagens entre si para buscas na web e em documentação, execução de código e realização de experimentos. A interação se dá por meio de quatro comandos: 'GOOGLE', 'PYTHON', 'DOCUMENTATION' e 'EXPERIMENT'.

O módulo planejador é o módulo principal. É conduzido pelo GPT-4 e tem a tarefa de planejamento. Com base em um simples aviso de texto do usuário, o planejador emite os comandos necessários para outros módulos para coletar conhecimento. O módulo de pesquisa na web, que também é um LLM, é invocado pelo comando GOOGLE para pesquisar na Internet e subações relacionadas para um planejamento eficaz. O módulo de execução de código executa a execução do código por meio do comando PYTHON. Este módulo não usa nenhum LLM. O módulo de documentação atua através do comando DOCUMENTATION para recuperar e resumir a documentação necessária. Com base nisso, o módulo planejador invoca o comando EXPERIMENT para o módulo de automação para realizar experimentos.  

Com o comando apropriado, o Coscientist sintetizou corretamente os analgésicos paracetamol e aspirina, as moléculas orgânicas nitroanilina e fenolftaleína, e muitas outras moléculas conhecidas. O módulo de planejamento conseguiu otimizar as reações para obter os melhores rendimentos.

Em outro estudo, um agente químico LLM, o ChemCrow, planejou e sintetizou de forma autônoma um repelente de insetos, três organocatalisadores e orientou a descoberta de um novo cromóforo. O ChemCrow mostrou-se eficaz na automatização de diversas tarefas químicas.

Os dois sistemas de inteligência artificial não orgânicos , Coscientists e ChemCrow, demonstram as capacidades emergentes de planejamento e execução autônomos de tarefas químicas para a síntese de moléculas conhecidas e a descoberta de novas moléculas. Eles possuem capacidades avançadas de raciocínio, resolução de problemas e planejamento experimental, que podem ser muito úteis na pesquisa química.

Esses sistemas de agentes de IA podem ser utilizados por não especialistas para executar tarefas rotineiras em química, reduzindo assim custos e esforços. Eles também têm potencial para acelerar a descoberta de novas moléculas  

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Referências:  

1. Boiko, D. A., el 2023. Pesquisa química autônoma com grandes modelos de linguagem. Natureza 624, 570–578. Publicado: 20 de dezembro de 2023. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06792-0  
2. Carnegie Mellon University 2023 News – Coscientista artificialmente inteligente projetado pela CMU automatiza a descoberta científica. Publicado em 20 de dezembro de 2023. Disponível em https://www.cmu.edu/news/stories/archives/2023/december/cmu-designed-artificially-intelligent-coscientist-automates-scientific-discovery  
3. Bran AM, et al 2023. ChemCrow: Aumentando modelos de linguagem grande com ferramentas químicas. arXiv:2304.05376v5. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2304.05376 

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Palestras introdutórias sobre IA:

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