Mit ihren komplexen Prozessen und ihrem großen Innovationspotenzial war die Chemie schon immer eine Herausforderung für die Automatisierung. Trotz ihrer fortschrittlichen Fähigkeiten bleiben herkömmliche Rechenwerkzeuge aufgrund ihrer Komplexität und des zu ihrer Nutzung erforderlichen Fachwissens oft ungenutzt.
Forscherinnen und Forscher aus dem Team von Philippe Schwaller an der EPFL haben ChemCrow entwickelt. Dabei handelt es sich um eine KI, die 18 von Expertinnen und Experten entwickelte Tools integriert, die es ihr ermöglichen, mit beispielloser Effizienz zu navigieren und Aufgaben im Bereich der chemischen Forschung zu erledigen. "Man könnte sich fragen, warum dieser Verweis auf die Krähe (engl. crow)", fragt Philippe Schwaller. Weil Krähen dafür bekannt sind, dass sie Werkzeuge gut nutzen".
ChemCrow wurde von den Doktoranden Andres Bran und Oliver Schilter (EPFL, NCCR Catalysis) in Zusammenarbeit mit Sam Cox und Professor Andrew White ( FutureHouse und University of Rochester) entwickelt.
ChemCrow basiert auf einem großen Sprachmodell (LLM) wie GPT-4, das durch LangChain für die Integration von Werkzeugen erweitert wurde, um Aufgaben der chemischen Synthese selbstständig durchführen zu können. Die Wissenschaftler ergänzten das Sprachmodell durch eine Reihe spezialisierter Softwarewerkzeuge, die bereits in der Chemie eingesetzt werden, darunter WebSearch für die Informationssuche im Internet, LitSearch für die Extraktion wissenschaftlicher Literatur sowie verschiedene molekulare und reaktionelle Werkzeuge für die chemische Analyse.
Durch die Integration von ChemCrow in diese Werkzeuge ermöglichten die Forscherinnen und Forscher ChemCrow, selbstständig chemische Synthesen zu planen und durchzuführen, z. B. die Herstellung eines Insektenschutzmittels und verschiedener Organokatalysatoren, und sogar zur Entdeckung neuer Chromophore beizutragen, die grundlegende Substanzen für die Farbstoff- und Pigmentindustrie sind.
ChemCrow zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, einen strukturierten Denkprozess anzupassen und auf chemische Aufgaben anzuwenden. "Das System ähnelt einem menschlichen Experten oder einer Expertin mit Zugang zu einem Rechner und Datenbanken, die nicht nur die Effizienz des Experten oder der Expertin verbessern, sondern ihn oder sie auch faktenorientierter machen - im Fall von ChemCrow durch die Verringerung von Halluzinationen", erklärt Andres Camilo Marulanda Bran, Hauptautor der Studie.
ChemCrow erhält einen Prompt von der Benutzerin oder dem Benutzer, plant, wie die Aufgabe gelöst werden soll, wählt die geeigneten Werkzeuge aus und verfeinert seine Strategie iterativ auf der Grundlage des Ergebnisses oder der Ergebnisse jedes Schritts. Dieser methodische Ansatz stellt sicher, dass ChemCrow nicht nur auf der Theorie, sondern auch auf praktischen Anwendungen für die Interaktion zwischen der realen Welt und Laborumgebungen beruht.
Durch die Demokratisierung des Zugangs zu Wissen und komplexen chemischen Prozessen senkt ChemCrow die Hürden für unerfahrene Personen und erhöht gleichzeitig die Anzahl der verfügbaren Werkzeuge für erfahrene Chemiker. Dies kann die Forschung und Entwicklung in verschiedenen Bereichen, darunter Pharmazeutika und Materialwissenschaft, beschleunigen, indem es die Verfahren effizienter und sicherer macht.
Das Team von Philippe Schwaller ist Teil des neuen KI-Zentrums der EPFL , zusammen mit über vierzig anderen Laboren, die den Weg für eine zuverlässige, zugängliche und integrative KI e bnen.
