AI дозволяє створювати молекули словами – новий прорив у хімії

• Дослідники з École Polytechnique Fédérale de Lausanne створили AI-систему Synthegy, яка дозволяє хімікам проєктувати молекули за допомогою опису їх словами.
• Synthegy поєднує класичні алгоритми з великими мовними моделями, аналізуючи можливі шляхи синтезу та допомагаючи у виборі оптимальних рішень.

Створення складних молекул роками вимагало досвіду та інтуїції. Тепер нова AI-система може суттєво спростити цей процес.

Дослідники з École Polytechnique Fédérale de Lausanne розробили нову систему штучного інтелекту під назвою Synthegy, яка дозволяє хімікам проєктувати молекули, просто описуючи їх словами. Про це пише Science daily.

Дивіться також Прорив у квантовій науці – вчені відкрили нові матерії, яких не повинно існувати

Як AI навчився "розуміти" хімію?

Результати дослідження опубліковані в журналі Matter. На відміну від традиційних інструментів, які генерують варіанти на основі заданих параметрів, Synthegy виступає як "інтелектуальний помічник", що аналізує і оцінює можливі рішення, пояснюючи свою логіку.

Однією з головних складностей у хімії є ретросинтез – підхід, при якому вчені починають із кінцевої молекули та крок за кроком визначають, як її можна синтезувати з простіших компонентів. Це складний процес, який потребує багатьох стратегічних рішень: вибору правильних реагентів, визначення порядку реакцій і захисту чутливих частин молекули.

Хоча сучасні комп'ютерні системи здатні аналізувати величезні "хімічні простори", їм часто бракує інтуїції, притаманної досвідченим хімікам.

Як працює Synthegy?

Система Synthegy поєднує класичні алгоритми пошуку з можливостями великих мовних моделей. Хімік задає мету звичайною мовою – наприклад, просить сформувати певну структуру на ранньому етапі або уникнути зайвих проміжних кроків.

Далі стандартні інструменти генерують багато можливих шляхів синтезу. Кожен із них перетворюється на текст і аналізується мовною моделлю, яка оцінює, наскільки добре він відповідає поставленим вимогам, і пояснює свій вибір.

"Коли створюються інструменти для хіміків, інтерфейс має велике значення. Попередні рішення покладалися на складні фільтри та правила", – зазначає автор дослідження Андрес М. Бран. "З Synthegy ми даємо хімікам можливість просто говорити, що дозволяє значно швидше працювати та досліджувати складніші ідеї".

Чим система корисна для науки?

Окрім ретросинтезу, Synthegy допомагає аналізувати механізми реакцій – тобто розуміти, як саме відбувається хімічна взаємодія на рівні електронів.

Система розбиває реакції на базові етапи і досліджує різні варіанти їх перебігу. Мовна модель оцінює кожен крок і спрямовує пошук до найбільш реалістичних сценаріїв. Вона також може враховувати додаткові параметри, такі як умови реакції або гіпотези дослідників.

Наскільки точний цей підхід?

У рамках подвійного сліпого дослідження 36 хіміків оцінили 368 варіантів, запропонованих системою. У середньому їхні висновки збігалися з оцінками AI у 71,2% випадків.

Як пише Phys, система здатна визначати зайві кроки, оцінювати доцільність реакцій і відбирати найбільш ефективні варіанти. При цьому більш потужні мовні моделі демонструють кращі результати, тоді як менші мають обмежені можливості.

Новий підхід до ролі AI в науці

На відміну від багатьох AI-рішень, які намагаються повністю автоматизувати процеси, Synthegy виступає як інструмент підтримки прийняття рішень. Вона не замінює хіміків, а допомагає їм швидше знаходити оптимальні рішення.

"Зв'язок між плануванням синтезу та механізмами реакцій дуже захоплює: зазвичай ми використовуємо механізми для відкриття нових реакцій", – додає Бран. "Наша робота об'єднує ці підходи через єдиний інтерфейс на основі природної мови".

Такий підхід може значно прискорити розробку ліків, створення нових матеріалів і зробити складні інструменти доступнішими для науковців.