Intelligenza artificiale e chimica: una rivoluzione in laboratorio
L’intelligenza artificiale (AI) sta rivoluzionando il mondo della ricerca scientifica, dimostrando di poter apprendere e mettere in pratica reazioni chimiche complesse, premiate con il Nobel, con una precisione e velocità che superano quelle umane. Un esempio lampante di questa evoluzione è “Coscientist”, un sistema AI sviluppato dall’Università Carnegie Mellon, che ha mostrato un potenziale significativo nel migliorare la scoperta scientifica e la precisione sperimentale. La sua capacità di controllare la robotica da laboratorio segna un grande passo avanti nella ricerca assistita dall’AI.
Le reazioni premiate con il Nobel e l’integrazione dell’AI
Le reazioni più complesse eseguite da Coscientist sono note in chimica organica come accoppiamenti incrociati catalizzati dal palladio, che hanno guadagnato ai loro inventori umani il Premio Nobel per la chimica nel 2010, riconoscendo il ruolo fondamentale che queste reazioni hanno assunto nello sviluppo farmaceutico e in altre industrie che utilizzano molecole a base di carbonio.
Pubblicate sulla rivista Nature, le abilità dimostrate da Coscientist evidenziano il potenziale per gli umani di utilizzare produttivamente l’AI per aumentare il ritmo e il numero delle scoperte scientifiche, nonché per migliorare la riproducibilità e l’affidabilità dei risultati sperimentali. Il team di ricerca, composto da quattro persone, include studenti di dottorato che hanno ricevuto supporto e formazione dai centri NSF per la sintesi chemoenzimatica presso la Northwestern University e per la sintesi assistita dal computer presso l’Università di Notre Dame.
La creazione di Coscientist
Tra le componenti software e basate su silicio di Coscientist spiccano i grandi modelli di linguaggio che costituiscono i suoi “cervelli” artificiali. Un grande modello di linguaggio è un tipo di AI che può estrarre significato e schemi da enormi quantità di dati, inclusi testi scritti contenuti in documenti. Attraverso una serie di compiti, il team ha testato e confrontato più grandi modelli di linguaggio, inclusi GPT-4 e altre versioni dei modelli GPT realizzati dalla società OpenAI.
Coscientist è stato inoltre dotato di diversi moduli software che il team ha testato prima individualmente e poi in concerto. Questi moduli hanno permesso a Coscientist di svolgere attività che tutti i chimici di ricerca fanno: cercare informazioni pubbliche sui composti chimici, trovare e leggere manuali tecnici su come controllare l’attrezzatura robotica da laboratorio, scrivere codice per eseguire esperimenti e analizzare i dati risultanti per determinare cosa ha funzionato e cosa no.
L’introduzione della robotica negli esperimenti
L’attrezzatura robotica di alta tecnologia per la chimica è comunemente utilizzata nei laboratori per aspirare, spruzzare, riscaldare, agitare e fare altre operazioni su piccoli campioni liquidi con precisione esatta ripetutamente. Tali robot sono tipicamente controllati tramite codice informatico scritto da chimici umani che possono trovarsi nello stesso laboratorio o dall’altra parte del paese.
Questa è stata la prima volta che tali robot sono stati controllati da codice informatico scritto dall’AI.
Il potere e la responsabilità dell’AI
Con il potenziale potere dell’AI arriva la necessità di usarlo saggiamente e di proteggersi dal suo abuso. Comprendere le capacità e i limiti dell’AI è il primo passo nella creazione di regole e politiche informate che possano prevenire efficacemente usi dannosi dell’AI, sia intenzionali che accidentali.
Accelerare la scoperta, democratizzare la scienza
Il mondo naturale è praticamente infinito nella sua grandezza e complessità, contenendo scoperte in attesa di essere trovate. Immaginate nuovi materiali superconduttori che aumentano drasticamente l’efficienza energetica o composti chimici che curano malattie altrimenti intrattabili e prolungano la vita umana. Eppure, acquisire l’educazione e la formazione necessarie per fare queste scoperte è un viaggio lungo e arduo. Diventare uno scienziato è difficile.
Gomes e il suo team immaginano sistemi assistiti dall’AI come Coscientist come una soluzione che può colmare il divario tra l’immenso inesplorato della natura e il fatto che gli scienziati formati sono in corto rifornimento e probabilmente lo saranno sempre.
Gli scienziati umani hanno anche bisogni umani, come dormire e occasionalmente uscire dal laboratorio. Mentre l’AI guidata dall’uomo può “pensare” senza sosta, girando metodicamente ogni pietra proverbiale, controllando e ricontrollando i suoi risultati sperimentali per la riproducibilità. “Possiamo avere qualcosa che può funzionare autonomamente, cercando di scoprire nuovi fenomeni, nuove reazioni, nuove idee”, dice Gomes.
“Si può anche diminuire significativamente la barriera all’ingresso per praticamente qualsiasi campo”, dice. Ad esempio, se un biologo non addestrato nelle reazioni Suzuki volesse esplorare il loro uso in un nuovo modo, potrebbe chiedere a Coscientist di aiutarlo a pianificare esperimenti.
“Ci può essere questa massiccia democratizzazione delle risorse e della comprensione”, spiega.
C’è un processo iterativo nella scienza di provare qualcosa, fallire, imparare e migliorare, che l’AI può accelerare sostanzialmente, dice Gomes. “Questo da solo sarà un cambiamento drammatico”.
