Un sistema inteligente no orgánico diseñó, planificó y ejecutó por primera vez un experimento de química, según investigadores de la Universidad Carnegie Melloninformeen la edición del 21 de diciembre de la revistaNaturaleza.

"Anticipamos que los sistemas de agentes inteligentes para la experimentación científica autónoma traerán enormes descubrimientos, terapias imprevistas y nuevos materiales. Si bien no podemos predecir cuáles serán esos descubrimientos, esperamos ver una nueva forma de realizar investigaciones gracias a la asociación sinérgica entre humanos ymáquinas", escribió el equipo de investigación de Carnegie Mellon en su artículo.

El sistema, llamado Coscientist, fue diseñado por el profesor asistente de Química e Ingeniería Química Gabe Gomes y los estudiantes de doctorado en ingeniería química Daniil Boiko y Robert MacKnight.Utiliza modelos de lenguaje grandes (LLM), incluidos GPT-4 de OpenAI y Claude de Anthropic, para ejecutar toda la gama del proceso experimental con un mensaje simple y en lenguaje sencillo.

Por ejemplo, un científico podría pedirle a Coscientist que encuentre un compuesto con determinadas propiedades.El sistema rastrea Internet, datos de documentación y otras fuentes disponibles, sintetiza la información y selecciona un curso de experimentación que utiliza interfaces de programación de aplicaciones (API) robóticas.Luego, el plan experimental se envía y se completa mediante instrumentos automatizados.En total, un humano que trabaje con el sistema puede diseñar y ejecutar un experimento mucho más rápido, preciso y eficientemente que un humano solo.

"Más allá de las tareas de síntesis química demostradas por su sistema, Gomes y su equipo han sintetizado con éxito una especie de compañero de laboratorio hipereficiente", dice el director de la División de Química de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF), David Berkowitz."Juntan todas las piezas y el resultado final es mucho más que la suma de sus partes: puede usarse para propósitos científicos genuinamente útiles".

En concreto, en elNaturalezaEn el artículo, el grupo de investigación demostró que Coscientist puede planificar elsíntesis químicade compuestos conocidos;buscar y navegar por la documentación de hardware;utilizar documentación para ejecutar comandos de alto nivel en un laboratorio automatizado llamado laboratorio en la nube;controlar los instrumentos de manipulación de líquidos;completar tareas científicas que requieren el uso de múltiples módulos de hardware y diversas fuentes de datos;y resolver problemas de optimización mediante el análisis de datos recopilados previamente.

"El uso de LLM nos ayudará a superar una de las barreras más importantes para el uso de laboratorios automatizados: la capacidad de codificar", afirmó Gomes."Si un científico puede interactuar con plataformas automatizadas en lenguaje natural, abrimos el campo a mucha más gente".

Esto incluyeinvestigadores académicosque no tienen acceso a la instrumentación de investigación científica avanzada que normalmente sólo se encuentra en universidades e instituciones de primer nivel.Un laboratorio automatizado controlado remotamente, a menudo llamado laboratorio en la nube o laboratorio autónomo, brinda acceso a estos científicos, democratizando la ciencia.

Los investigadores de Carnegie Mellon se asociaron con Ben Kline deLaboratorio de nube esmeralda(ECL), un centro de investigación operado remotamente fundado por exalumnos de Carnegie Mellon que maneja todos los aspectos del trabajo diario de laboratorio, para demostrar que Coscientist se puede utilizar para ejecutar experimentos en un laboratorio robótico automatizado.

"El trabajo innovador del profesor Gomes y su equipo aquí no solo ha demostrado el valor de la experimentación con conducción autónoma, sino que también ha sido pionero en una forma novedosa de compartir los frutos de ese trabajo con la comunidad científica más amplia utilizando la tecnología de laboratorio en la nube", afirmó Brian Frezza., cofundador y codirector ejecutivo de ECL.

Carnegie Mellon, en asociación con ECL, abrirá el primer laboratorio en la nube en una universidad a principios de 2024. El Laboratorio en la Nube de la Universidad Carnegie Mellon brindará a los investigadores de la universidad y a sus colaboradores acceso a más de 200 equipos.Gomes planea continuar desarrollando las tecnologías descritas en el artículo de Nature para usarlas con el Carnegie Mellon Cloud Lab y otros laboratorios autónomos en el futuro.

El coscientista también, en efecto, abre la "caja negra" de la experimentación.El sistema sigue y documenta cada paso de la investigación, haciendo que el trabajo sea totalmente rastreable y reproducible.

"Este trabajo muestra cómo dos herramientas emergentes en química (IA y automatización) pueden integrarse en una herramienta aún más poderosa", dice Kathy Covert, directora del programa de Centros para la Innovación Química de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., que apoyó este estudio.trabajar.

"Sistemas como Coscientist permitirán nuevos enfoques para mejorar rápidamente la forma en que sintetizamos nuevos químicos, y los conjuntos de datos generados con esos sistemas serán confiables, replicables, reproducibles y reutilizables por otros químicos, magnificando su impacto".

Las preocupaciones de seguridad que rodean los LLM, especialmente en relación con la experimentación científica, son primordiales para Gomes.En la información de respaldo del artículo, el equipo de Gomes investigó la posibilidad de que la IA pudiera ser obligada a fabricar productos químicos peligrosos o sustancias controladas.

"Creo que las cosas positivas que la ciencia basada en la IA puede hacer superan con creces las negativas. Pero tenemos la responsabilidad de reconocer lo que podría salir mal y ofrecer soluciones y medidas de seguridad", afirmó Gomes.

"Al garantizar el uso ético y responsable de estas poderosas herramientas, podemos continuar explorando el vasto potencial degrandes modelos de lenguajepara avanzar en la investigación científica y al mismo tiempo mitigar los riesgos asociados con su mal uso", escribieron los autores en el artículo.