Co-Wissenschaftler: Die Beherrschung der Nobelchemie durch KI

von Santiago Fernandez
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AI-assisted chemistry research

Das von der Carnegie Mellon University entwickelte KI-System Coscientist führte autonom komplexe chemische Reaktionen aus, die zuvor mit dem Nobelpreis ausgezeichnet worden waren. Dies stellt einen bedeutenden Fortschritt in der KI-gestützten wissenschaftlichen Forschung dar, insbesondere durch die Integration der Laborrobotik. Quelle: SciTechPost.com

Dieses KI-System hat seine Fähigkeit bei der Durchführung realer Chemieexperimente unter Beweis gestellt und sein Potenzial zur Erweiterung menschlicher wissenschaftlicher Bemühungen und zur Beschleunigung von Entdeckungen unter Beweis gestellt.

Innerhalb weniger Minuten meisterte die KI autonom chemische Reaktionen, die mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurden, entwickelte dafür einen erfolgreichen Laborprozess und schaffte dieses Kunststück gleich beim ersten Versuch.

Gabe Gomes, Chemiker und Chemieingenieur an der Carnegie Mellon University, leitete das Forschungsteam, das dieses KI-System namens Coscientist entwickelte und testete.

Nobelpreisgekrönte Reaktionen und KI-Integration

Coscientist führte erfolgreich komplexe organische chemische Reaktionen durch, insbesondere palladiumkatalysierte Kreuzkupplungen, die eine bedeutende Rolle in der pharmazeutischen Entwicklung und anderen Industrien spielten. Diese Reaktionen wurden 2010 mit dem Nobelpreis für Chemie gewürdigt. Die in Nature veröffentlichten Fähigkeiten von Coscientist zeigen das Potenzial der KI, das Tempo und die Qualität wissenschaftlicher Entdeckungen sowie die experimentelle Zuverlässigkeit zu verbessern. Das Forschungsteam, zu dem auch die Doktoranden Daniil Boiko und Robert MacKnight gehörten, erhielt Unterstützung von den Zentren der US National Science Foundation an der Northwestern University und der University of Notre Dame.

Präsentiert wird die konzeptionelle Darstellung einer von Gabe Gomes geleiteten und von der US National Science Foundation unterstützten, von KI durchgeführten Chemieforschung durch einen Künstler. Bildnachweis: US National Science Foundation

David Berkowitz, Leiter der NSF-Chemieabteilung, kommentierte das System und verwies auf dessen Effizienz und praktische wissenschaftliche Anwendungen.

Die Entstehung von Coscientist

Coscientist umfasst als Kern große Sprachmodelle, die in der Lage sind, große Datenmengen, einschließlich Textdokumente, zu analysieren. Das Team testete neben verschiedenen Softwaremodulen verschiedene große Sprachmodelle, darunter GPT-4 und andere OpenAI-Versionen.

Die Software ermöglichte es Coscientist, typische Aufgaben eines Forschungschemikers durchzuführen, wie z. B. Datensuche, Versuchsplanung und Ergebnisanalyse. Das System war besonders effektiv bei der Planung chemischer Verfahren für Substanzen wie Aspirin und Ibuprofen.

Boiko beschrieb die Fähigkeit von Coscientist zum „chemischen Denken“, indem er maschinenlesbare chemische Daten nutzte, um Versuchspläne zu verfeinern.

Weitere Tests umfassten Module zur Durchsuchung technischer Dokumente und zur Steuerung robotischer Laborgeräte, die für die Umsetzung theoretischer Pläne in praktische Experimente von entscheidender Bedeutung sind.

Einführung der Robotik in Experimenten

Die Integration von Coscientist in robotische Chemiegeräte markierte einen neuen Meilenstein bei KI-gesteuerten Laborexperimenten. Zunächst wurden der KI einfache Aufgaben übertragen, beispielsweise die Bedienung eines Roboters zur Handhabung von Flüssigkeiten. Nach und nach wurden komplexere Geräte eingeführt, darunter Spektrophotometer im Emerald Cloud Lab.

Die letzte Herausforderung für Coscientist bestand darin, Suzuki- und Sonogashira-Reaktionen auszuführen. Die KI recherchierte diese Reaktionen zunächst auf Wikipedia und anderen Quellen, entwarf dann ein Verfahren für die Reaktionen und korrigierte eigene Fehler in Robotersteuerungscodes.

Große Macht, große Verantwortung

Gomes erkannte die Macht und die potenziellen Risiken von KI und betonte die Bedeutung eines verantwortungsvollen KI-Einsatzes und einer fundierten Politikgestaltung, um Missbrauch zu verhindern. Sein Engagement bei der Beratung der US-Regierung zum Thema KI-Sicherheit spiegelt dieses Engagement wider.

Entdeckungen beschleunigen, Wissenschaft demokratisieren

Gomes‘ Vision für KI-Systeme wie Coscientist besteht darin, die Lücke zwischen dem enormen Potenzial der Natur und der begrenzten Verfügbarkeit ausgebildeter Wissenschaftler zu schließen. Durch die Unterstützung der Forschung kann KI den Zugang zu wissenschaftlichen Ressourcen und Wissen demokratisieren, den wissenschaftlichen Prozess beschleunigen und möglicherweise zu bahnbrechenden Entdeckungen führen.

Weitere Einzelheiten zu dieser Studie finden Sie im Artikel der Carnegie Mellon AI Coscientist.

Referenz: „Autonomous Scientific Research Capabilities of Large Language Models“ von Daniil A. Boiko, Robert MacKnight, Ben Kline und Gabe Gomes, 20. Dezember 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06792-0

Häufig gestellte Fragen (FAQs) zur KI-gestützten Chemieforschung

Was ist Coscientist und wer hat es entwickelt?

Coscientist ist ein KI-System, das von der Carnegie Mellon University entwickelt wurde. Es hat komplexe chemische Reaktionen autonom gemeistert und ausgeführt, die mit Nobelpreisen ausgezeichnet wurden, und stellt damit bedeutende Fortschritte in der KI-gestützten wissenschaftlichen Forschung und experimentellen Präzision dar.

Was sind die Schlüsselkompetenzen eines Coscientist?

Zu den Hauptkompetenzen des Coscientist gehört die autonome Planung und Durchführung realer Chemieexperimente, insbesondere der mit dem Nobelpreis ausgezeichneten chemischen Reaktionen. Es zeigt das Potenzial, menschlichen Wissenschaftlern dabei zu helfen, schnellere und mehr Entdeckungen zu machen.

Was sind palladiumkatalysierte Kreuzkupplungen und warum sind sie wichtig?

Palladiumkatalysierte Kreuzkupplungen sind komplexe Reaktionen in der organischen Chemie, die ihren menschlichen Erfindern 2010 den Nobelpreis für Chemie einbrachten. Diese Reaktionen sind in der pharmazeutischen Entwicklung und anderen Branchen, die sich mit kohlenstoffbasierten Molekülen befassen, von entscheidender Bedeutung.

Wer leitete das Coscientist-Forschungsteam und was war ihre Vision?

Das Forschungsteam für Coscientist wurde von Gabe Gomes geleitet, einem Chemiker und Chemieingenieur an der Carnegie Mellon University. Ihre Vision bestand darin, das Tempo und die Anzahl wissenschaftlicher Entdeckungen mithilfe von KI zu steigern und die Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit experimenteller Ergebnisse zu verbessern.

Wie lässt sich Coscientist in die Laborrobotik integrieren?

Coscientist integriert sich in Laborrobotik, um Experimente durchzuführen. Es steuert Roboter-Chemiegeräte, stellt einen großen Fortschritt bei KI-gesteuerten Laborexperimenten dar und demonstriert die praktische Anwendung des Systems in der wissenschaftlichen Forschung.

Welche Bedeutung hat der Erfolg von Coscientist in der wissenschaftlichen Gemeinschaft?

Der Erfolg von Coscientist bedeutet einen großen Sprung auf dem Gebiet der KI-gestützten wissenschaftlichen Forschung. Es unterstreicht das Potenzial von KI-Systemen zur Beschleunigung wissenschaftlicher Entdeckungen, zur Demokratisierung der Wissenschaft und zur Verbesserung der experimentellen Präzision in verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen.

Mehr über KI-gestützte Chemieforschung

  • Carnegie Mellon Universität
  • Nobelpreis für Chemie
  • KI in der wissenschaftlichen Forschung
  • Robotik in Laboren
  • Reaktionen der organischen Chemie
  • Große Sprachmodelle in der Wissenschaft

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5 Kommentare

Kevin T Dezember 29, 2023 - 11:39 am

Ich habe nicht gesehen, dass das von Carnegie Mellon kommt, dachte immer, dass es dort mehr um Robotik geht, aber dieses Chemie-Zeug ist das nächste Level. Ich frage mich, wie sich das auf die Zukunft der Wissenschaft auswirken wird …

Antwort
Sarah K Dezember 29, 2023 - 3:31 pm

Ich mache mir darüber ein bisschen Sorgen. Finden Sie nicht, dass wir uns zu sehr auf KI verlassen? Wo bleibt bei all dem die menschliche Note? Trotzdem muss ich zugeben, dass es ziemlich beeindruckend ist.

Antwort
Linda S Dezember 29, 2023 - 11:33 pm

Es ist wirklich cool, über KI in der Chemie zu lesen. Man sieht nicht alle Tage, dass Maschinen Nobelpreis-gekrönte Dinge tun! aber wie genau ist das wirklich? Ich hoffe, es gibt mehr Forschung dazu.

Antwort
Gary87 Dezember 30, 2023 - 1:18 am

Ich muss sagen, das ist ein ernsthafter Fortschritt, großes Lob an Carnegie Mellon und ihr Team. KI wie Coscientist könnte die Art und Weise, wie wir Wissenschaft betreiben, völlig revolutionieren. Es stehen aufregende Zeiten bevor!

Antwort
Mike Johnson Dezember 30, 2023 - 2:35 am

Wow, das sind großartige Neuigkeiten! KI verändert das Spiel in der Wissenschaft wirklich, insbesondere bei Dingen wie Coscientist. Ich kann nicht glauben, dass es Arbeit auf Nobel-Niveau leistet, das ist einfach umwerfend.

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