Inngangur að gervigreind í efnafræði: Hlutverk, mörk, staðfesting og siðfræði

Hagnaður:

• Að geta greint hvar gervigreind sparar tíma í verkflæði efnafræðinnar (hugmynd, hönnun, greining, skýrslugerð) og hvar uppbygging, fjöldi, auðlindir og öryggisákvarðanir eru eftir mönnum, allt eftir áhættustigi.
• Hæfni til að beita fræðigrein sem athugar hverja framleiðslu sjálfstætt með fjórum skrefum uppbygging-númera-auðlinda-öryggis
• Skildu hvers vegna tilbúnar efnasambönd og tölur, rangar tilvísanir og ranghugmyndir í öryggismálum eru áhættur fyrir þessa starfsgrein sem verður að hafa í huga frá upphafi.

Efnafræði er tilraunavísindi sem rannsaka byggingu, umbreytingu og eiginleika efnis. Efnafræðingur vegur, leysir upp, hitar og mælir á rannsóknarstofunni; Við skrifborðið sitt teiknar hann sameindir, skipuleggur viðbrögð, túlkar litróf, skannar bókmenntir og skrifar skýrslur. Gervigreind (gervigreind í stuttu máli, hér sérstaklega hugbúnaður sem býr til texta með því að spá fyrir um „næst líklegasta orð“, þjálfuð á stóru tungumálalíkani, þ.e. gríðarstór textagögn) getur hraðað mjög mörgum af þessum skrifborðsstörfum. En það byggir ekki rannsóknarstofuna sjálft, það les ekki kvarðann, og síðast en ekki síst: það sannreynir engar tölur, formúlur eða tilvitnanir sem það framleiðir fyrir þína hönd. Þessi eining kennir hvernig á að nota gervigreind í efnafræði enda til enda en á ábyrgan hátt.

Í þessari fyrstu einingu vil ég gróðursetja eina hugmynd í huga þínum: gervigreind er aðstoðarmaður í efnafræði, ekki efnafræðingur. Skrifar kóða, framleiðir útlínur, byggir umgjörð um endurmyndun, hjálpar til við að túlka litrófstoppa, dregur saman bókmenntir. Hins vegar er það hæfur efnafræðingur sem ákveður hvort hægt sé að búa til sameindina í raun, hvort efnahvarf sé öruggt eða ekki, hvort tilvísun sé ósvikin eða ekki, og endanleg ábyrgð.

Hvar passar gervigreind inn í verkflæði efnafræðinnar?

Við skulum skipta efnafræðiverkefni í grófum dráttum í fimm áfanga: (1) hugmynd og bókmenntir, (2) sameinda- og hvarfhönnun, (3) notkun á rannsóknarstofu, (4) greining og lýsingu, (5) skýrslugerð. AI ber mjög mismunandi gildi á þessum stigum.

• Hugmyndir og bókmenntir: gervigreind tekur fljótt saman efni, útskýrir lykilhugtök, býr til leitarorð. En hann getur gert upp eignarhlut; Við munum sjá þetta eftir augnablik.
• Hönnun: Myndar SMILES (form þess að skrifa sameindina sem textastreng; meira um það síðar), stingur upp á afturmyndunarskrefum, listar upp hvarfgjarna valkosti. Tillaga er góð, ekki trygging.
• Rannsóknarstofa: gervigreind gerir ekkert hér. Vigtun, hitun og öryggisráðstafanir eru framkvæmdar af mönnum. AI hjálpar aðeins við að skrifa málsmeðferðina; Áður en þessi aðgerð er framkvæmd þarf maður að hafa eftirlit með henni til öryggis.
• Greining: Við túlkun NMR, IR, massarófs (þetta eru mælingaraðferðir sem sýna uppbyggingu sameindarinnar), hjálpar YZ við að flokka toppana og skrá mögulega uppbyggingu. Lokaverkefnið er þitt.
• Skýrslugerð: Framleiðir tilraunabók, greinaruppkast, drög að öryggiseyðublaði. Það er mjög öflugt; en tölurnar ættu að passa við þínar.

Ábending: Öruggasti staðurinn til að nota gervigreind er á „ef eitthvað fer úrskeiðis verður tekið eftir því og lagað strax“: textadrög, kóðabeinagrind, hugtakslýsing. Áhættulegustu staðirnir eru „ef það er rangt, dreifist það hljóðlaust“: fastar, tilvísanir, öryggisfullyrðingar, tölulegar niðurstöður.

Af hverju þurfum við að fara varlega? Þrjár skipulagslegar áhættur

Stóra tungumálalíkanið er ekki reiknivél eða efnafræðivél. Framleiðir texta sem tölfræðilega „lítur líklegur“. Þetta leiðir til þriggja áþreifanlegra áhættu í efnafræði:

1. Tilbúið (ofskynjanir): Getur með öryggi skrifað niður efnasamband sem er ekki líkan, efnahvarf sem er ekki til eða rangan mólmassa. Til dæmis segir það "Mólþungi efnasambands X er 154,2 g/mól", en rétt gildi er 168,2.
2. Fölsuð tilvitnun: Getur gefið heimild sem lítur raunsætt út en er alls ekki til, eins og "Smith o.fl., 2019, Journal of Organic Chemistry." Hann getur jafnvel búið til DOI númer.
3. Öryggisvilla: Getur sýnt hættulega samsetningu hvarfefna (t.d. oxunarefni og lífrænt leysiefni í óviðeigandi hlutfalli) sem „ekkert vandamál“.

Þessar þrjár áhættur munu birtast aftur og aftur í hverri einingu þessarar einingu. Lausnin er ekki að flýja frá gervigreind, heldur að koma á þeirri aga að sannreyna hverja framleiðslu með óháðum uppruna.

smámál

Tilfelli 1 - Búinn mólþungi. Framhaldsnemi spurði AI um mólmassa fyrir para-nítrófenól. „139,11 g/mól,“ sagði gervigreindin. Nemandinn var öruggur og ætlaði að vega 6,96 g fyrir 0,05 mól. Hins vegar er mólþungi para-nítrófenóls 139,11 g/mól, og í þetta skiptið var það rétt - en nemandinn hafði aldrei athugað. Á næsta efnasambandi (para-amínófenól, raungildi 109,13 g/mól) sagði YZ „123,15“; Að þessu sinni náði nemandinn það með því að reikna það í höndunum út frá formúlunni (C6H7NO2): 6×12.011 + 7×1.008 + 14.007 + 2×15.999 = 109.13. Lexía: reiknaðu hverja mólmassa án formúlu.

Mál 2 - Fölsuð DOI. Rannsakandi bað gervigreind um 5 heimildir í ritrýni sinni. DOI tveggja af fimm skilaði „fannst ekki“ þegar smellt var á; Fyrirsagnirnar voru staðreyndir en greinarnar ekki. Sóun á tíma 40 mínútur. Lexía: ekki ætti að nota hverja tilvitnun án staðfestingar í gagnagrunninum (DOI, PubMed, Reaxys).

Tilvik 3 - Hætta sem virðist örugg. Notandi spurði gervigreindina um hreinsunarferli; AI framleiddi óbeint tillögu um að blanda lausn sem inniheldur hýpóklórít við súr lausn - samsetning sem gæti losað klórgas. Sem betur fer leit notandinn á öryggisblaðið (SDS) og hætti. Lærdómur: Sérhver aðferð er skoðuð af mönnum með tilliti til SDS og hættu áður en hún er innleidd.

Veik kvaðning / Sterk kvaðning

Veik kvaðning:

Búðu til þessa sameind.

Þessi fullyrðing er óljós: hvaða sameind, hvaða upphafsefni, hvaða mælikvarði, hvaða skorður? AI bætir upp eyðurnar.

Öflug tilvitnun:

Hlutverk: Þú ert reyndur aðstoðarmaður í lífrænni myndun. Marksameind: 4-metoxýasetófenón (BROS: COc1ccc(cc1)C(C)=O). Við erum með anísól sem upphafsefni. Verkefni: Gefðu 2-þrepa endurmyndunartillögu. Fyrir hvert skref: hvarfefni, aðstæður (hitastig, leysir) og MÖGULEGAR hliðarviðbrögð. Þvingun: Merktu við „STAÐFANNA“ þar sem þú ert ekki viss, passandi. Úttak: númeruð skref + listi yfir punkta sem á að sannreyna.

Mismunur: hlutverk, nákvæmlega markmið (með SMILES), samhengi, fjölda skrefa, úttakssnið og "passa" þvingun. Þetta eru fimm þættir góðrar hvatningar í efnafræði: hlutverk, nákvæm framsetning uppbyggingar, samhengi, verkefni, sannprófunarþvingun.

Tegundir gervigreindartækja: tungumálalíkan eða efnafræðiverkfæri?

Í efnafræði lendir þú í tveimur mismunandi „AI“ og það er mikilvægt að rugla þeim ekki saman:

Tegund

Hvað gerir

áreiðanleika

Dæmi um notkun

Almennt málmódel

Býr til texta/kóða, útskýrir, skrifar drög

Lítið um tölur, hátt um tungumál

Málsmeðferð, skýring á hugtökum

Efnafræðisafn (RDKit osfrv.)

Vinnur sameindina á ákveðinn hátt, reiknar út mólþyngd

Hátt (miðað við reglur)

SMILES staðfesting, MA reikningur

Sérsniðið spálíkan (endurmyndun, eiginleiki)

Gefur gagnaþjálfaða spá

Miðlungs, fer eftir svæði

Endurmyndun, leysnimat

Bókmenntir/leitartæki

Raunverulegar gagnagrunnsfyrirspurnir

Hátt eftir uppruna

Staðfesting eigna, viðbragðaleit

Öflugasta vinnuflæðið sameinar þetta: tungumálalíkanið býr til hugmyndina, efnafræðisafnið reiknar töluna með ákveðnum hætti, bókmenntaverkfærið sannreynir tilvísunina, maðurinn staðfestir. Við munum koma þessari keðju á fót í næstu einingum.

Sannprófunargrein: FJÖGUR skref

Taktu hverja gervigreind úttak í gegnum þessi fjögur skref áður en þú ferð inn í rannsóknarstofuna eða skýrsluna:

1. Uppbygging: Er sameind/hvarfmerki (SMILES/InChI) gild? Er hægt að flokka það með tóli (RDKit)?
2. Fjöldi: Hefur mólþungi, stoichiometry, útreikningur á ávöxtun verið sannreyndur sjálfstætt (með höndunum eða bókasafni)?
3. Heimild: Hefur sérhver krafa og eignarhlutur verið sannreyndur í raunverulegum gagnagrunni?
4. Öryggi: Hefur öryggisskjölin verið lesin fyrir hvert hvarfefni í aðferðinni, eru einhverjar hættulegar samsetningar?

Athugið: Þessi fjögur skref eiga við "alltaf", ekki "stundum". 20 aðstæður þar sem gervigreind er rétt afsaka ekki 1 aðstæður þar sem það er rangt; vegna þess að í efnafræði gæti 1 ástandið verið sprenging, eitrun eða dreginn hlutur.

Algeng mistök

• Að misskilja gervigreindarúttakið sem „auðlind“. AI er ekki auðlind, heldur rafall sem reynir að muna auðlindir (stundum rangt). Það er upprunagagnagrunnurinn.
• Að treysta númerinu. Nota tölur eins og mólmassa, pKa, suðumark án þess að sannreyna þær. Þetta er hægt að reikna/leita með ákveðnum hætti; Að spyrja tungumálalíkanið er veikasta leiðin.
• Útvistun öryggis til gervigreindar. „AI sagði ekki að það væri hættulegt“ þýðir ekki að það sé öruggt. Hættumat er starf mannsins og SDS.
• Óljós boð. Ekki gefa sameindinni með nafni heldur byggingu hennar (SMILES/InChI); Þetta leiðir til rangra sameinda vegna nafnaruglings.
• Að treysta á aðeins eina tilraun. Að spyrja sömu spurningarinnar aftur á annan hátt og athuga ekki samræmi.

Í stuttu máli

• AI er öflugur skrifborðsaðstoðarmaður í efnafræði: það framleiðir kóða, útlínur, lýsingar, skanna beinagrindur; en rannsóknarstofan gerir það ekki og sannreynir ekki framleiðsluna.
• Það eru þrjár innbyggðar áhættur: falsað efnasamband/tala, falsað eignarfall, öryggisvilla.
• Aðskilja og sameina almennt mállíkan og deterministic efnafræðiverkfæri (RDKit, gagnagrunnar).
• Farðu með hverja útkomu í gegnum fjögur skref uppbygging – Númer – Uppruni – Öryggi.
• Góð tilvitnun: felur í sér hlutverk, skýra framsetningu á uppbyggingu, samhengi, verkefni, staðfestingarþvingun.

Umsóknarverkefni

Veldu sameind sem þú hefur rannsakað sjálfur (t.d. aspirín, SMILES: CC(=O)Oc1ccccc1C(=O)O). Spyrðu gervigreind um þrennt: (1) mólþunga, (2) tvær tilvísunargreinar, (3) nýmyndunarskref. Staðfestu síðan hvert sjálfstætt: reiknaðu mólþyngd handvirkt út frá formúlunni, staðfestu tilvitnanir með DOI, skoðaðu nýmyndunarskrefið með öryggisauga. Hvaða úttak kom rétt út og hver þurfti leiðréttingu? Haltu hálfsíðu „staðfestingarskrá“.

gátlisti

• [ ] Ég áttaði mig á því að gervigreind er aðstoðarmaður, ekki efnafræðingur.
• [ ] Ég geri mér grein fyrir hættunni á tilbúningi, röngum eignum og vantrausti með dæmum.
• [ ] Ég get greint á milli tungumálalíkans og ákveðinna efnafræðiverkfæra.
• [ ] Ég mun beita fjórum skrefum Uppbygging – Númer – Uppruni – Öryggi fyrir hverja framleiðslu.
• [ ] Ég lýsi sameindum með formgerð (SMILES/InChI), ekki með nafni.
• [ ] Ég hélt að minnsta kosti eina staðfestingardagbók.