AI позволяет создавать молекулы словами – новый прорыв в химии

Исследователи из École Polytechnique Fédérale de Lausanne разработали новую систему искусственного интеллекта под названием Synthegy, которая позволяет химикам проектировать молекулы, просто описывая их словами. Об этом пишет Science daily.

Смотрите также Прорыв в квантовой науке – ученые открыли новые материи, которых не должно существовать

Как AI научился "понимать" химию?

Результаты исследования опубликованы в журнале Matter. В отличие от традиционных инструментов, которые генерируют варианты на основе заданных параметров, Synthegy выступает как "интеллектуальный помощник", анализирующий и оценивающий возможные решения, объясняя свою логику.

Одной из главных сложностей в химии является ретросинтез – подход, при котором ученые начинают с конечной молекулы и шаг за шагом определяют, как ее можно синтезировать из более простых компонентов. Это сложный процесс, который требует многих стратегических решений: выбора правильных реагентов, определения порядка реакций и защиты чувствительных частей молекулы.

Хотя современные компьютерные системы способны анализировать огромные "химические пространства", им часто не хватает интуиции, присущей опытным химикам.

Как работает Synthegy?

Система Synthegy сочетает классические алгоритмы поиска с возможностями больших языковых моделей. Химик задает цель на обычном языке – например, просит сформировать определенную структуру на раннем этапе или избежать лишних промежуточных шагов.

Далее стандартные инструменты генерируют много возможных путей синтеза. Каждый из них превращается в текст и анализируется языковой моделью, которая оценивает, насколько хорошо он соответствует поставленным требованиям, и объясняет свой выбор.

"Когда создаются инструменты для химиков, интерфейс имеет большое значение. Предыдущие решения полагались на сложные фильтры и правила", – отмечает автор исследования Андрес М. Бран. "С Synthegy мы даем химикам возможность просто говорить, что позволяет значительно быстрее работать и исследовать сложные идеи".

Чем система полезна для науки?

Кроме ретросинтеза, Synthegy помогает анализировать механизмы реакций – то есть понимать, как происходит химическое взаимодействие на уровне электронов.

Система разбивает реакции на базовые этапы и и исследует различные варианты их протекания. Языковая модель оценивает каждый шаг и направляет поиск к наиболее реалистичным сценариям. Она также может учитывать дополнительные параметры, такие как условия реакции или гипотезы исследователей.

Насколько точен этот подход?

В рамках двойного слепого исследования 36 химиков оценили 368 вариантов, предложенных системой. В среднем их выводы совпадали с оценками AI в 71,2% случаев.

Как пишет Phys, система способна определять лишние шаги, оценивать целесообразность реакций и отбирать наиболее эффективные варианты. При этом более мощные языковые модели демонстрируют лучшие результаты, тогда как меньшие имеют ограниченные возможности.

Новый подход к роли AI в науке

В отличие от многих AI-решений, которые пытаются полностью автоматизировать процессы, Synthegy выступает как инструмент поддержки принятия решений. Она не заменяет химиков, а помогает им быстрее находить оптимальные решения.

"Связь между планированием синтеза и механизмами реакций очень захватывает: обычно мы используем механизмы для открытия новых реакций", – добавляет Бран. "Наша работа объединяет эти подходы через единый интерфейс на основе естественного языка".

Такой подход может значительно ускорить разработку лекарств, создание новых материалов и сделать сложные инструменты более доступными для ученых.