Die Chemie mit ihren komplizierten Prozessen und ihrem enormen Innovationspotenzial war schon immer eine Herausforderung für die Automatisierung. Herkömmliche Rechenwerkzeuge werden trotz ihrer fortschrittlichen Fähigkeiten aufgrund ihrer Komplexität und des für ihre Bedienung erforderlichen Fachwissens häufig nicht ausreichend genutzt.
Jetzt haben Forscher der Gruppe von Philippe Schwaller an der EPFL ChemCrow entwickelt, eine KI, die 18 von Experten entwickelte Tools integriert und es ihr ermöglicht, mit beispielloser Effizienz zu navigieren und Aufgaben in der chemischen Forschung auszuführen. Ihre Forschung ist veröffentlicht in Naturmaschinenintelligenz.
„Sie fragen sich vielleicht, warum eine Krähe?“ fragt Schwaller. „Weil Krähen bekanntermaßen gut mit Werkzeugen umgehen können.“
ChemCrow wurde von Ph.D. entwickelt. Studenten Andres Bran und Oliver Schilter (EPFL, NCCR Catalysis) in Zusammenarbeit mit Sam Cox und Professor Andrew White am FutureHouse und der University of Rochester.
ChemCrow basiert auf einem großen Sprachmodell (LLMs) wie GPT-4, das durch LangChain zur Werkzeugintegration erweitert wurde, um chemische Syntheseaufgaben autonom durchzuführen. Die Wissenschaftler erweiterten das Sprachmodell um eine Reihe spezialisierter Softwaretools, die bereits in der Chemie verwendet werden, darunter WebSearch für den internetbasierten Informationsabruf, LitSearch für die Extraktion wissenschaftlicher Literatur und verschiedene molekulare und Reaktionstools für die chemische Analyse.
Durch die Integration von ChemCrow in diese Tools ermöglichten die Forscher die autonome Planung und Durchführung chemischer Synthesen, beispielsweise die Entwicklung eines Insektenschutzmittels und verschiedener Organokatalysatoren, und sogar die Unterstützung bei der Entdeckung neuer Chromophore, Substanzen, die für die Farbstoff- und Pigmentindustrie von grundlegender Bedeutung sind.
Was ChemCrow auszeichnet, ist seine Fähigkeit, einen strukturierten Denkprozess an chemische Aufgaben anzupassen und anzuwenden.
„Das System ähnelt einem menschlichen Experten mit Zugriff auf einen Taschenrechner und Datenbanken, die nicht nur die Effizienz des Experten verbessern, sondern auch sachlicher machen – im Fall von ChemCrow, wodurch Halluzinationen reduziert werden“, erklärt Andres Camilo Marulanda Bran, der erste der Studie Autor.
ChemCrow erhält eine Eingabeaufforderung vom Benutzer, plant im Voraus, wie die Aufgabe gelöst werden soll, wählt die relevanten Tools aus und verfeinert seine Strategie iterativ auf der Grundlage der Ergebnisse jedes Schritts. Dieser methodische Ansatz stellt sicher, dass ChemCrow nicht nur auf der Grundlage der Theorie arbeitet, sondern auch auf der praktischen Anwendung für die Interaktion in der realen Welt mit Laborumgebungen basiert.
Durch die Demokratisierung des Zugangs zu komplexem chemischem Wissen und Prozessen senkt ChemCrow die Eintrittsbarriere für Laien und erweitert gleichzeitig das Toolkit, das erfahrenen Chemikern zur Verfügung steht. Dies kann Forschung und Entwicklung in der Pharmazie, der Materialwissenschaft und darüber hinaus beschleunigen und den Prozess effizienter und sicherer machen.
Mehr Informationen:
Erweiterung großer Sprachmodelle mit Chemie-Tools, Naturmaschinenintelligenz (2024). DOI: 10.1038/s42256-024-00832-8