制造分子,？可問(wèn)人工智能AI

　　——AI將成科學(xué)家“高級(jí)定制”工具

　　本報(bào)記者 房琳琳

　　編者按 像“互聯(lián)網(wǎng)+”一樣，人工智能也可以加入諸多領(lǐng)域。從基礎(chǔ)研究到新材料開(kāi)發(fā),、從數(shù)據(jù)分析到醫(yī)療診斷,，人工智能助手甚至讓不少專(zhuān)家相形見(jiàn)絀,。在享受各種便利的同時(shí),，人們也在擔(dān)憂(yōu)，AI是否會(huì)搶走人類(lèi)的“飯碗”,？科技日?qǐng)?bào)國(guó)際部記者繼續(xù)推出AI應(yīng)用專(zhuān)題報(bào)道,，探討人類(lèi)未來(lái)與人工智能的關(guān)系。

　　化學(xué)家有了新的實(shí)驗(yàn)助手——人工智能(AI),。隨著深度學(xué)習(xí)算法的進(jìn)一步應(yīng)用,，AI計(jì)算機(jī)程序能幫助藥物化合物等小有機(jī)分子產(chǎn)生所需的反應(yīng)序列，制定合成路徑,。

　　《自然》雜志近日發(fā)表了這種新型工具,，化學(xué)家們將這一進(jìn)展視為一個(gè)大跨越，其可以加速藥物研發(fā)過(guò)程,，推動(dòng)有機(jī)化學(xué)更迅速發(fā)展,。

　　未參與這項(xiàng)研究的英國(guó)曼徹斯特大學(xué)設(shè)計(jì)合成預(yù)測(cè)工具的帕博羅·卡爾博納爾認(rèn)為,，從論文中看,，AI可以掌握相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，這是里程碑式的研究。

　　人工反應(yīng)備忘錄變身大數(shù)據(jù)

　　在20世紀(jì)80年代之前,，許多化學(xué)家收集了大量文獻(xiàn)資料,、手寫(xiě)的有用反應(yīng)、參考索引卡片,，以指導(dǎo)合成途徑的設(shè)計(jì),。

　　化學(xué)家通常會(huì)搜索其他人記錄的反應(yīng)列表，并根據(jù)自己的直覺(jué)制定一個(gè)逐步產(chǎn)生特定化合物的途徑,。

　　這需要先從想要?jiǎng)?chuàng)建的分子開(kāi)始分析,，比如要用到哪些試劑，是否容易獲得,，通過(guò)哪些反應(yīng)序列才能合成它,，這被稱(chēng)為逆合成反應(yīng)，這種分析往往要消耗數(shù)小時(shí)乃至數(shù)天時(shí)間,。

　　自20世紀(jì)60年代以來(lái),，研究人員一直試圖利用計(jì)算機(jī)來(lái)規(guī)劃有機(jī)化學(xué)合成，但成效不大,。隨著人工智能的興起,，這些備忘錄自然而然地轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)乃至應(yīng)用。

　　輕松自學(xué)1240萬(wàn)種反應(yīng)步驟

　　德國(guó)明斯特大學(xué)有機(jī)化學(xué)家和人工智能研究員馬爾文·賽格勒及其同事開(kāi)發(fā)的新AI工具,，讓深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)了目前所有已知的1240萬(wàn)種單步驟有機(jī)化學(xué)反應(yīng)——這使它能預(yù)測(cè)任何單一步驟中發(fā)生的反應(yīng)結(jié)果,。

　　賽格勒?qǐng)F(tuán)隊(duì)通過(guò)雙盲試驗(yàn)對(duì)該工具進(jìn)行了測(cè)試，并讓經(jīng)驗(yàn)豐富的化學(xué)家來(lái)驗(yàn)證AI設(shè)計(jì)的合成途徑是否管用,。他們向中國(guó)的兩個(gè)研究機(jī)構(gòu)和德國(guó)的45位有機(jī)化學(xué)家展示了9種分子的潛在合成路線(xiàn)圖,，讓AI系統(tǒng)提出一種最佳途徑，而人類(lèi)設(shè)計(jì)另一種最佳途徑,。最終,，兩條途徑?jīng)]有明顯區(qū)別。

　　賽格勒?qǐng)F(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的這一工具,，是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的使用AI標(biāo)記潛在化學(xué)反應(yīng)路線(xiàn)的程序之一,。最著名的Chematica在2017年5月被德國(guó)默克公司購(gòu)買(mǎi)，韓國(guó)蔚山國(guó)立科學(xué)和技術(shù)研究院的化學(xué)家團(tuán)隊(duì)也擁有另一套相關(guān)程序,。

　　中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)混合智能專(zhuān)業(yè)委員會(huì)副主任,、復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院張軍平教授日前接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪(fǎng)時(shí)指出，這類(lèi)預(yù)測(cè)本質(zhì)上類(lèi)似“阿爾法狗”在圍棋上采用的技術(shù),，都是通過(guò)可搜索海量數(shù)據(jù)的人工智能方法實(shí)現(xiàn)的,，“所以，它才能在1240萬(wàn)種分子合成方案中,，找到具有潛在可能的結(jié)果供科學(xué)家參考”,。

　　AI將成科學(xué)家“高級(jí)定制”工具

　　今年3月,，測(cè)試團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱(chēng)，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試了算法中的8條路徑,，且都達(dá)到了滿(mǎn)意的效果,。

　　賽格勒的工具從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)而不需要人類(lèi)輸入規(guī)則。瑞典哥德堡制藥公司對(duì)這項(xiàng)成果印象深刻,，并表示：“提高合成化學(xué)的成功率,，對(duì)于提高藥物研發(fā)的速度和效率、降低成本等,，都有著巨大的好處,。”

　　賽格勒說(shuō),，新的AI工具已經(jīng)引起制藥公司的興趣,。“它已經(jīng)成為化學(xué)家的助手,，希望它能像GPS導(dǎo)航設(shè)備那樣,，為更多科學(xué)家提供新的研究手段�,！�

　　除了極大提升有機(jī)化學(xué)和藥物合成的速度和效率,，AI還在哪些基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域具有類(lèi)似潛力？對(duì)此張軍平說(shuō)：“只要能通過(guò)海量或窮舉搜索來(lái)完成任務(wù)的領(lǐng)域或行業(yè),，都可能從AI角度找到更有效的辦法,，甚至以往經(jīng)驗(yàn)未曾想到的新辦法�,！彼�舉例：“在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域,，數(shù)學(xué)定理的證明、物理規(guī)律的總結(jié)等,，AI都可能起到輔助作用,。”

　　如此一來(lái),，不同設(shè)計(jì)思路的AI軟件,，有望成為促進(jìn)科學(xué)進(jìn)步的“高級(jí)定制”工具。

　　張軍平認(rèn)為,，雖然不能完全替代人類(lèi),，但基于不同目的開(kāi)發(fā)的AI軟件，可以提供輔助建議,，甚至和人類(lèi)決策形成混合增強(qiáng)的智能環(huán),，從而進(jìn)一步提高對(duì)科研路徑的設(shè)計(jì)能力。(科技日?qǐng)?bào)北京4月17日電)