Automatizando a descoberta científica: o cocientista de IA da Carnegie Mellon transforma o trabalho de laboratório

por Klaus Müller
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AI-driven Chemistry

Automatizando a descoberta científica: o cocientista de IA da Carnegie Mellon revoluciona o trabalho de laboratório

O inovador sistema de IA da Carnegie Mellon University, conhecido como Coscientist, inaugurou uma nova era de pesquisa científica ao conduzir experimentos químicos de forma autônoma. Ao aproveitar o poder de grandes modelos de linguagem e automatizar o processo experimental, o Coscientist não só melhorou significativamente a eficiência, mas também tornou a investigação científica mais acessível, ao mesmo tempo que dá prioridade à segurança e às práticas éticas. Esta conquista representa um marco monumental no domínio da exploração científica orientada pela IA.

Num feito notável, o Coscientist, um sistema inteligente não orgânico, orquestrou com sucesso reações químicas complexas, algumas das quais ganharam o reconhecimento Nobel. Esta conquista está documentada na edição de 21 de dezembro da conceituada revista Nature, marcando o primeiro caso em que uma entidade de inteligência artificial conceituou, planejou e executou um experimento químico.

A equipe de pesquisa da Carnegie Mellon prevê um futuro onde sistemas de agentes inteligentes para experimentação científica autônoma produzirão descobertas profundas, terapias imprevistas e a criação de novos materiais. Embora os resultados específicos destas descobertas permaneçam incertos, a sinergia colaborativa entre humanos e máquinas promete remodelar o panorama da investigação científica.

Cocientista: A Fusão de IA e Química

Coscientist, desenvolvido pelo professor assistente de Química e Engenharia Química Gabe Gomes, juntamente com os alunos de doutorado Daniil Boiko e Robert MacKnight, aproveita grandes modelos de linguagem, incluindo GPT-4 da OpenAI e Claude da Anthropic, para agilizar todo o processo experimental por meio de prompts de linguagem natural.

Por exemplo, um cientista pode simplesmente instruir o Coscientista a identificar um composto com propriedades específicas. O sistema então vasculha recursos online, repositórios de dados e documentação relevante, sintetiza as informações e elabora um plano experimental. Este plano é posteriormente executado por instrumentos automatizados. Em essência, o Coscientist capacita os pesquisadores a projetar e conduzir experimentos com notável velocidade, precisão e eficiência, superando as capacidades dos pesquisadores humanos individuais.

David Berkowitz, Diretor da Divisão de Química da National Science Foundation (NSF), elogiou as capacidades do sistema, destacando sua capacidade de atuar como um parceiro laboratorial extraordinariamente eficiente. O cocientista não apenas reúne elementos díspares, mas também se mostra inestimável para propósitos científicos genuínos, exemplificando a sua utilidade multifacetada.

Em sua publicação na Nature, o grupo de pesquisa demonstrou a capacidade do Coscientist de planejar a síntese química de compostos conhecidos, navegar na documentação de hardware, interagir com laboratórios automatizados em nuvem, controlar equipamentos de manuseio de líquidos, executar tarefas científicas complexas abrangendo vários módulos de hardware e fontes de dados e resolver otimização. desafios analisando dados previamente coletados.

Expandindo o acesso à pesquisa científica avançada

Gabe Gomes enfatiza que a integração de grandes modelos de linguagem facilita o acesso a laboratórios automatizados, eliminando uma das principais barreiras: a proficiência em codificação. Permitir que os cientistas interajam com plataformas automatizadas utilizando linguagem natural promete democratizar a ciência, alargando o seu alcance a investigadores académicos que podem não ter acesso à infra-estrutura de investigação de ponta normalmente encontrada em instituições de elite.

Colaboração e empreendimentos futuros

A colaboração da Carnegie Mellon com o Emerald Cloud Lab (ECL), fundado pelo ex-aluno da Carnegie Mellon, Ben Kline, demonstra a eficácia do Coscientist na condução de experimentos em laboratórios robóticos automatizados. Este trabalho inovador não só sublinha o potencial da experimentação autónoma, mas também introduz métodos inovadores de partilha de resultados de investigação com a comunidade científica mais ampla através da tecnologia de laboratório em nuvem.

No início de 2024, a Carnegie Mellon, em parceria com a ECL, inaugurará o primeiro laboratório em nuvem baseado em uma universidade, concedendo aos pesquisadores acesso a mais de 200 equipamentos científicos. Gabe Gomes planeja avançar ainda mais as tecnologias descritas no artigo da Nature para utilização no Carnegie Mellon Cloud Lab e em outros laboratórios autônomos no futuro.

Melhorando a rastreabilidade e a reprodutibilidade na pesquisa

Coscientist introduz um elevado nível de transparência na experimentação científica, documentando meticulosamente cada etapa do processo de pesquisa. Este compromisso com a rastreabilidade e a reprodutibilidade garante que o trabalho de investigação possa ser facilmente verificado e replicado, ampliando o seu impacto na comunidade científica.

Abordando questões éticas e de segurança

As preocupações com a segurança são fundamentais no domínio da experimentação científica orientada pela IA, e a equipa de Gabe Gomes tomou medidas proativas para mitigar potenciais perigos. Examinaram rigorosamente a vulnerabilidade do sistema à coerção na produção de produtos químicos perigosos ou substâncias controladas.

Embora reconheçam o vasto potencial da ciência possibilitada pela IA, os investigadores enfatizam a importância do uso ético e responsável destas ferramentas poderosas. Ao fazê-lo, pretendem aproveitar as capacidades dos grandes modelos linguísticos para fazer avançar a investigação científica, ao mesmo tempo que minimizam os riscos associados à sua utilização indevida.

Referência: “Capacidades de pesquisa científica autônoma de grandes modelos de linguagem” publicado na Nature em 20 de dezembro de 2023 (DOI: 10.1038/s41586-023-06792-0).

Esta pesquisa recebeu apoio da Carnegie Mellon University, da Mellon College of Science, da Faculdade de Engenharia e dos Departamentos de Química e Engenharia Química. Os estudos de pós-graduação de Daniil Boiko foram apoiados pelo Centro de Síntese Quimioenzimática da National Science Foundation (NSF) (2221346), e os estudos de pós-graduação de Robert MacKnight receberam apoio do Centro de Síntese Assistida por Computador da NSF (2202693).

Perguntas frequentes (FAQs) sobre química orientada por IA

O que é Coscientista e o que ele faz?

Coscientist é um sistema de IA desenvolvido pela Carnegie Mellon University que conduz de forma autônoma experimentos químicos complexos. Utiliza grandes modelos de linguagem para agilizar o processo experimental, tornando a pesquisa científica mais eficiente e acessível.

O que torna as conquistas do Coscientist inovadoras?

Coscientist é o primeiro sistema inteligente não orgânico a projetar, planejar e executar experimentos químicos, marcando um marco significativo na pesquisa científica orientada por IA.

Como funciona o Coscientista?

Os pesquisadores podem se comunicar com o Coscientist usando instruções em linguagem natural. Ele vasculha recursos online, sintetiza informações e elabora planos experimentais que são executados por instrumentos automatizados. Essa abordagem acelera a pesquisa e aumenta a precisão.

Quais são os benefícios de usar o Coscientist?

Coscientist não só acelera a investigação, mas também democratiza o acesso à investigação científica avançada, tornando-a acessível a uma gama mais ampla de investigadores. Melhora a rastreabilidade e a reprodutibilidade na pesquisa, garantindo transparência.

Qual é o futuro da pesquisa científica baseada em IA com sistemas como o Coscientist?

A integração da IA e da automação na investigação científica é uma enorme promessa para avanços rápidos na química e noutros campos. Destaca também a importância da utilização ética e responsável das ferramentas de IA na investigação.

Existe algum risco associado ao uso do Coscientist?

A segurança é uma preocupação primordial, e a equipa de investigação por trás do Coscientist tomou medidas para mitigar riscos potenciais, garantindo o uso responsável da IA na experimentação científica.

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