Friday, May 17Modern Manufacturing
×

Coscientist คู่หูห้องแล็ป AI ที่เร่งความเร็วในการค้นคว้าและพัฒนาแบบก้าวกระโดด

นักวิจัยจาก Carnegie Mellon University ได้พัฒนาระบบ AI ที่ประสบความสำเร็จในการวางแผนและทดสอบทางเคมีในโลกจริงได้สำเร็จ ทำให้นักวิทยาศาสตร์ที่เป็นมนุษย์นั้นสามารถค้นคว้าเคมีและยาต่าง ๆ ได้รวดเร็วยิ่งขึ้น

Coscientist คู่หูห้องแล็ป AI ที่เร่งความเร็วในการค้นคว้าและพัฒนาแบบก้าวกระโดด

Cover for Coscientist, the AI for lab

AI (Artificial Intelligent) หรือปัญญาประดิษฐ์ได้กลายเป็นส่วนสำคัญของโลกในปัจจุบันทั้งภาคธุรกิจและการใช้ชีวิตประจำวัน AI สามารถเรียนรู้ข้อมูลต่าง ๆ ได้ในเวลาอันสั้น เช่น การเรียนรู้ปฏิกริยาเคมีรางวัลโนเบลและกระบวนการทางห้องทดลองต่าง ๆ ซึ่งทำให้เกิดผลได้ในเวลาเพียงหลักนาทีเท่านัน

AI ที่ถูกพัฒนาขึ้นใหม่นี้เป็นการพัฒนาโดยมนุษย์ครั้งแรกของปัญญาที่ไม่ได้มีส่วนประกอบของอินทรีย์สารสามารถวางแผน ออกแบบ และดำเนินการตอบสนองที่มีความซับซ้อนได้ ทำหน้าที่เหมือนเป็นนักวิทยาศาสตร์ร่วม (Coscientist) ที่มีศักยภาพ

ปฏิกริยาตอบสนองที่ซับซ้อนที่สุดของ Coscientist นั้นรู้จักกันในด้านของอินทรีย์เคมีอย่างเช่น Palladium-Catalyzed Cross Coupling ซึ่งทำให้มนุษย์ผู้คิดค้นได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 2010 โดย AI มีส่วนอย่างมากในกระบวนการพัฒนาตัวยาและอุตสาหกรรมอื่น ๆ ที่มีโมเลกุลพื้นฐานมาจากคาร์บอน

Coscientist ถูกนำเสนอตัวอย่างความสามารถผ่านการตีพิมพ์ Journal ในนิตยสาร Nature แสดงให้เห็นศักยภาพของมนุษย์ในการใช้ AI เพื่อเพิ่มความสามารถในการทำงานและการแสวงหาสิ่งใหม่ ๆ เช่นเดียวกับการยกระดับ ความสามารถในการจำลอง (Replicability) และความน่าเชื่อถือ (Reliability) ของผลลัพธ์ในการทดสอบ

การทำงานนั้นเกิดขึ้นจาก Coscientist Software และชิ้นส่วนที่มีพื้นฐานจากซิลิคอนเป็นส่วนใหญ่ซึ่งทำให้เกิดเป็นโมเดลภาษาที่ประกอบด้วย ‘สมองประดิษฐ์’ ทำหน้าที่เป็นโมเดลภาษาขนาดใหญ่ในรูปแบบของ AI ที่สามารถสกัดความหมายและรูปแบบ (Pattern) จากข้อมูลปริมาณมหาศาล รวมถึงการเขียนข้อความที่อยู่ในเอกสารอีกด้วย เมื่อเกิดการทดสอบผ่านภาระหน้าที่ต่าง ๆ (Task) ทีมได้ทดสอบและเปรียบเทียบกับโมเดลภาษาขนาดใหญ่หลากหลายตัว รวมถึง GPT-4 และเวอร์ชันอื่น ๆ ของโมเดลภาษาขนาดใหญ่ของ GPT ที่สร้างโดย OpenAI

Coscientist นั้นถูกติดตั้งไว้ด้วยโมดูลซอฟต์แวร์หลากหลายรูปแบบซึ่งทีมได้ทดสอบและใช้งาน เช่น การแบ่งภาระหน้าที่แต่ละแบบออกจากกันเป็นชิ้นเล็ก ๆ จากนั้นนำแต่ละชิ้นมาปรกอบการเป็นภาพใหญ่

โมดูลซอฟต์แวร์ทำให้ Coscientist สามารถดำเนินการอย่างที่นักวิจัยด้านเคมีต้องดำเนินการ ไม่ว่าจะเป็นการหาข้อมูลสาธารณะเกี่ยวกับสารประกอบด้านเคมี การควานหาและอ่านคู่มือเชิงเทคนิคว่าจะควบคุมอุปกรณ์ห้องแล็ปที่เป็นหุ่นยนต์ได้อย่างไร การเขียน Code คอมพิวเตอร์เพื่อทำการทดลองตามแผนและวิเคราะห์ผลลัพธ์ของข้อมูลว่าอะไรใช้ได้และอะไรใช้ไม่ได้

การทดสอบทักษะของ Coscientist ด้วยการดำเนินการตามแผนของกระบวนทางการเคมี หากมีการดำเนินการต่อไปมักจะใช้สารตั้งต้นอย่าง Aspirin, Acetaminophen และ Ibuprofen โดยโมเดภาษาขนาดใหญ่จะถูกทดสอบอย่างเป็นอิสระและเปรียบเทียบกัน รวมถึงเวอร์ชันทั้ง 2 ของ GPT ด้วยโมดูลของซอฟต์แวร์ที่ทำให้ใช้ Google ในการหาข้อมูลบนอินเทอร์เน็ตอย่างที่นักเคมีที่เป็นมนุษย์มักทำ ขั้นตอนการดำเนินการที่เกิดขึ้นจะถูกทดสอบและให้คะแนนบนพื้นฐานว่าสามารถนำไปสู่สารอันเป็นที่ต้องการได้หรือไม่ มีรายละเอียดในแต่ละขั้นตอนเป็นอย่างไรรวมถึงปัจจัยอื่น ๆ บางส่วนของกะบวนการที่ได้คะแนนสูงเป็นผลมาจากการค้นหาจากโมดูลของ GPT-4 ซึ่งมักจะเป็นชิ้นเดียวที่สร้างกระบวนการที่สามารถยอมรับได้ในเชิงคุณภาพของการสังเคราะห์ Ibuprofen

Coscientist มีการแสดงตัวอย่างของ Chemical Reasoning หรือความเป็นเหตุเป็นผลทางเคมี ซึ่งเป็นการใช้ทักษะในการใช้ข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับเคมีและความรู้ที่ได้มาก่อนหน้าเพื่อแนะนำการดำเนินการได้ โดยมีข้อมูลด้านเคมีที่เป็นสาธารณะเข้ารหัสในรูปแบบ Simplified Molecular Input Line Entry System (SMILES) ซึ่งเป็นรูปแบบการบันทึกข้อมูลเป็นตัวแทนของโครงสร้างเคมีของโมเลกุลและสร้างการเปลี่ยนแปลงให้กับแผนการทดลองที่มีพื้นฐานบนส่วนที่มีข้อมูลจำเพาะเจาะจงของโมเลกุลซึ่งจะถูกกลั่นกรองด้วย SMILES

ในการทดสอบโมดูลซอฟต์แวร์นั้นทำให้ Coscientist สามารถค้นหาและใช้เอกสารทางเทคนิกในการอธิบายแอปพลิเคชันของ Programming Interface ที่ทำหน้าที่ควบคุมหุ่นยนต์ในห้องทดลอง การทดสอบมีความสำคญในการยืนยันว่า Coscientist สามารถแปลงแผนเชิงทฤษฎีสำหรับการสังเคราะห์สารประกอบเคมีให้เป็น Code คอมพิวเตอร์ที่สามารถแนะนำหุ่นยนต์ในห้องทดลองสำหรับโลกกายภาพได้

หุ่นยนต์เทคโนโลยีสูงสำหรับงานเคมีนั้นนิยมใช้ในห้องทดลองตั้งแต่การดูดสาร การบีบสาร การให้ความร้อน การเขย่าสาร ไปจนถึงงานอื่นหรือตัวอย่างขนาดเล็กที่ต้องการความแม่นยำสูงและมีการทำซ้ำ หุ่นยนต์เหล่านี้มีการควบคุมผ่านการเขียน Code คอมพิวเตอร์โดยนักเคมีที่เป็นมนุษย์ซึ่งอาจทำงานในห้องทดลองเดียวกันหรืออยู่กันคนละฟากของประเทศก็ได้ ซึ่งสิ่งที่ถูกพัฒนาขึ้นมาใหม่นี้จะเป็นครั้งแรกที่หุ่นยนต์ถูกควบคุมโดย Code ที่เขียนขึ้นจาก AI

ทีมที่พัฒนา Coscientist เริ่มต้นด้วยภาระหน้าที่ที่ต้องการสั่งให้หุ่นยนต์สำหรับการจัดการของเหลว (Liquid Handler Machine) หยอดของเหลวมีสีลงในถาดทดลองที่มี 96 หลุม เรียงกันเป็นกริด โดยคำสั่งที่ได้รับ คือ เติมสีในทุกช่องด้วยสีเดียวที่คุณเลือก และ เติมสีฟ้าในแนวทแยง รวมถึงคำสั่งอื่น ๆ ที่ดูเหมือนกับการทดลองของเด็กอนุบาล

ภายหลังความสำเร็จของการทดสอบ Liquid Handler 101 ทีมวิจัยได้แนะนำ Coscientist ให้รู้จักกับชนิดของหุ่นยนต์ที่ใช้ในห้องทดลองมากขึ้น โดยได้มีการสร้างพันธมิตรกลับ Emerald Cloud Lab ห้องทดลองเชิงพาณิชย์ที่มีอุปกรณ์อัตโนมัติหลากหลายชนิด รวมถึง Spectrophotometer และในการทดสอบครั้งสุดท้ายนั้น AI ถูกสั่งให้ดำเนินการทดสอบปฏิกริยา Suzuki และ Sonogashira ซึ่งเป็นปฏิกริยาที่ใช้ในโลหะ Palladium เพื่อกระตุ้นพันธะระหว่างคาร์บอนของอะตอมในโมเลกุลอินทรีย์ ปฏิกริยานี้มีประโยชน์อย่างมากในการสร้างยาใหม่ ๆ ที่ใช้ในการดูแลรักษาอาการอักเสบ, หอบหืด และอาการอื่น ๆ ซึ่ง Coscientist ไม่เคยดำเนินการตามปฏิกริยานี้มาก่อน และได้ใช้หุ่นยนต์สำหรับ Liquid Handler เพื่อทำงานในลำดับกระบวนการทางเคมีตามคำสั่งหลักที่ได้รับมา

จากการทดสอบจะทำให้เห็นถึงแนวโน้มและความเป็นไปได้ในการเร่งความเร็วการค้นพบตัวยาหรือเคมีใหม่ ๆ แตกต่างจากนักวิทยาศาสตร์ที่ยังมีความต้องการพักผ่อน การออกไปข้างนอกห้องทดลองและกิจกรรมที่จำเป็นเพื่อดำรงอยู่ต่าง ๆ ในขณะที่ AI ซึ่งมนุษย์ได้แนะนำขั้นตอนคำสั่งไปสามารถคิดงานได้ตลอดเวลา มองเห็นได้ทกซอกมุม สามารถตรวจสอบและตรวจสอบผลซ้ำเพื่อยืนยันความถูกต้องและความเป็นไปได้จริงซึ่งแตกต่างจากนักวิทยาศาสตร์ที่มีข้อจำกัดเงื่อนไขอย่างชัดเจน

ที่มา:
news.nsf.gov

Thos
"Judge a man by his questions rather than his answers"
Voltaire
READ MORE
×