Σύστημα τεχνητής νοημοσύνης καθοδηγεί τη δημιουργία νέων μορίων

Η συνθετική οργανική χημεία είναι η επιστήμη της δημιουργίας νέων χημικών δομών από απλούστερα μέρη. Έως σήμερα, η γνώση και η εμπειρία των χημικών ήταν το "κλειδί" για να σχεδιάσουν και να συνδυάσουν πετυχημένα τις χημικές αντιδράσεις, έτσι ώστε να παράγουν το επιθυμητό αποτέλεσμα, όπως το μόριο ενός νέου φαρμάκου. Αλλά, εφεξής θα έχουν ένα πολύτιμο βοηθό, αν όχι οδηγό: την τεχνητή νοημοσύνη.

Γερμανοί επιστήμονες δημιούργησαν ένα νέο σύστημα τεχνητής νοημοσύνης που, αφού έχει αφομοιώσει σχεδόν κάθε χημική αντίδραση που έχει γίνει μέχρι σήμερα από τους ανθρώπους, μπορεί πια μόνο του να προτείνει τις χημικές αντιδράσεις και να σχεδιάσει τα διαδοχικά χημικά βήματα για να παραχθεί ένα νέο μόριο. Οι χημικοί έκαναν λόγο για μια εξέλιξη-ορόσημο, που μπορεί να μεταμορφώσει τη Χημεία και να τη βάλει σε μεγάλο βαθμό στον…αυτόματο πιλότο, μεταξύ άλλων επιταχύνοντας την ανάπτυξη νέων φαρμάκων, αλλά και μειώνοντας το κόστος.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον ειδικό στην οργανική χημεία και στην τεχνητή νοημοσύνη Μάρβιν Ζέγκλερ του Πανεπιστημίου του Μίνστερ, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό "Nature", χρησιμοποίησαν νευρωνικά δίκτυα βαθιάς μάθησης για να τροφοδοτήσουν και να «εκπαιδεύσουν» το λογισμικό τους με περίπου 12,4 εκατομμύρια γνωστές οργανικές χημικές αντιδράσεις, που έχουν συσσωρευτεί από τα μέσα του 19ου αιώνα μέσα από τη θεωρία και την πρακτική.

Στη συνέχεια, το σύστημα – που μαθαίνει και βελτιώνεται τελείως μόνο του- μπορεί να προβλέψει τις χημικές αντιδράσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κάθε βήμα. Το «έξυπνο» λογισμικό σχεδιάζει μόνο του μια διαδικασία πολλαπλών σταδίων για τη σύνθεση ενός νέου μορίου, από την αρχή έως το τέλος.

Από τη δεκαετία του 1960, οι χημικοί ξεκινάνε συχνά από το τέλος, δηλαδή με το μόριο που θέλουν να φτιάξουν, το οποίο βρίσκουν πια με τη βοήθεια υπολογιστών. Στη συνέχεια, πηγαίνοντας ανάποδα και χρησιμοποιώντας τόσο την ανάλυση άλλων μορίων που ήδη υπάρχουν όσο και τη διαίσθησή τους, καταλήγουν στις ουσίες (π.χ. στα πρόδρομα μόρια) και στις χημικές αντιδράσεις με τις οποίες πρέπει να ξεκινήσουν. Μια διαδικασία που μπορεί να πάρει στους ανθρώπους από μερικές ώρες έως αρκετές μέρες, αλλά την οποία τώρα πια είναι σε θέση να κάνει -και μάλιστα πολύ πιο γρήγορα- το νέο εργαλείο της τεχνητής νοημοσύνης.

Προς επιβεβαίωση, οι ερευνητές έδειξαν σε 45 χημικούς στη Γερμανία και στην Κίνα εννέα καταγεγραμμένα "μονοπάτια" σύνθεσης διαφορετικών μορίων, τα οποία είχαν σχεδιασθεί είτε από ανθρώπους χημικούς είτε από το σύστημα τεχνητής νοημοσύνης και τους κάλεσαν -αν μπορούσαν- να διακρίνουν ποια προέρχονταν από το μηχάνημα.

Οι χημικοί δεν ήσαν σε θέση να διακρίνουν τα μεν από τα δε και δεν είχαν προτίμηση για το ποια ήσαν τα καλύτερα, πράγμα που δείχνει ότι το σύστημα τεχνητής νοημοσύνης λειτουργεί πια όπως ένας έμπειρος χημικός. Δεν σημαίνει βέβαια ότι κάθε πρόταση του χημικού αλγόριθμου τελικά θα "δουλέψει" στο εργαστήριο, όπως όμως αποδεδειγμένα δεν φέρνει αποτελέσματα και κάθε ιδέα ανθρώπου χημικού.

Έχουν διεθνώς υπάρξει διάφορες προσπάθειες για να "παντρευτεί" η χημεία με την τεχνητή νοημοσύνη, αλλά το σύστημα του Ζέγκλερ είναι το πιο προχωρημένο, επειδή μαθαίνει τελείως μόνο του και δεν χρειάζεται καθόλου να του μάθουν οι άνθρωποι τους κανόνες που θα χρησιμοποιήσει.

Ήδη αρκετές φαρμακευτικές εταιρείες έχουν δείξει ενδιαφέρον για το νέο σύστημα. Ο Ζέγκλερ δήλωσε αισιόδοξος, ότι οι οργανικοί χημικοί δεν θα μείνουν χωρίς δουλειά στο μέλλον, απλώς το νέο εργαλείο θα αποτελέσει έναν πολύτιμο βοηθό τους. Όπως ανέφερε χαρακτηριστικά, "η συσκευή πλοήγησης GPS μπορεί να κατέστησε περιττούς τους χάρτινους χάρτες, αλλά όχι και τον οδηγό του αυτοκινήτου".

Δεν είναι πάντως σίγουρο ότι όλοι οι χημικοί θα το δουν με το ίδιο μάτι…

Πηγή : in.gr

Στην προσομοίωση των χημικών αντιδράσεων το Νόμπελ Χημείας 2013

Τρεις ερευνητές οι οποίοι έθεσαν τη βάση για το λογισμικό που χρησιμοποιείται σήμερα για τη μοντελοποίηση των χημικών διαδικασιών τιμώνται με το Νόμπελ Χημείας 2013.

Το βραβείο μοιράζονται ο Αυστροαμερικανός Μάρτιν Κάρπλους, ο Βρετανός Μάικλ Λέβιτ και ο Αμερικανοϊσραηλινός Άριεχ Ουάρσελ, ανακοίνωσε την Τετάρτη η επιτροπή των Νόμπελ στη Βασιλική Ακαδημία Επιστημών της Σουηδίας.

Οι υπολογιστές είναι σήμερα εξίσου σημαντικό εργαλείο για τη χημεία όσο ο δοκιμαστικός σωλήνας, επισημαίνει η ανακοίνωση της επιτροπής. Οι προσομοιώσεις είναι πια τόσο ρεαλιστικές ώστε προβλέπουν τα αποτελέσματα κλασικών πειραμάτων.

Για να δημιουργήσουν μοντέλα των μορίων, οι χημικοί περιορίζονταν κάποτε σε μπαλάκια που συνδέονταν μεταξύ τους με ράβδους. Σήμερα, οι υπολογιστές όχι μόνο δημιουργούν μοντέλα αλλά επιπλέον προσομοιώνουν χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν σε χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Οι Κάρπλους, Λέβιτ και Ουάρσελ έφεραν επανάσταση τη δεκαετία του 1970 καθώς δημιούργησαν μοντέλα που συνδύαζαν δύο μάλλον ασύμβατους κόσμους της Φυσικής: από τη μία την κλασική μηχανική του Νεύτωνα, η οποία επιτρέπει τη μοντελοποίηση μεγάλων μορίων, από την άλλη την κβαντική μηχανική, η οποία κυβερνά τον κόσμο του πολύ μικρού, και επιπλέον προσφέρει τη μόνη ικανοποιητική εξήγηση για το πώς ξεκινούν οι χημικές αντιδράσεις.

Σε ένα σημερινό υπολογιστικό μοντέλο, για παράδειγμα, η νευτώνεια φυσική χρησιμοποιείται για την προσομοίωση μιας μεγάλης πρωτεΐνης στην οποία συνδέεται ένα φάρμακο. Ταυτόχρονα, η κβαντομηχανική επιτρέπει την προσομοίωση των μεμονωμένων ατόμων που εμπλέκονται στην αντίδραση ανάμεσα στο φάρμακο και την πρωτεΐνη.

Χάρη σε αυτά τα υπολογιστικά μοντέλα, η Ιατρική μπορεί να ελπίζει ότι τα φάρμακα του μέλλοντος θα σχεδιάζονται εξαρχής στον υπολογιστή, αντί να επιλέγονται επειδή τυχαίνει να έχουν την επιθυμητή δράση στο δοκιμαστικό σωλήνα.
O Μάικλ Λέβιτ (Michael Levitt), Αμερικανός και Βρετανός πολίτης, γεννήθηκε το 1947 στη Νότιο Αφρική. Είναι σήμερα καθηγητής του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ.

Ο Μάρτιν Κάρπλους (Martin Karplus) γεννήθηκε το 1930 στην Αυστρία αλλά έχει και αμερικανική υπηκοότητα. Είναι σήμερα καθηγητής στα πανεπιστήμια του Στρασβούργου και του Χάρβαρντ.

Ο Άριεχ Ουάρσελ (Arieh Warshe), υπήκοος των ΗΠΑ και του Ισραήλ, γεννήθηκε το 1940 σε ισραηλινό κιμπούτς. Είναι σήμερα καθηγητής του Πανεπιστημίου της Νότιας Καλιφόρνια.

Δείτε την ανακοίνωση της επιτροπής για την απονομή εδώ