(EMBARGO ALLE 17) - Il suo nome è Coscientist, ed è un nuovo 'collega' che si dà da fare insieme ai ricercatori al bancone del laboratorio. I suoi risultati? 'Da Nobel'. In meno tempo di quello necessario per leggere l'articolo che narra le sue gesta, questo sistema guidato dall'intelligenza artificiale è stato in grado di apprendere autonomamente alcune reazioni chimiche vincitrici nel 2010 del premio più ambito dalla comunità scientifica e di progettare un procedura di laboratorio di successo per realizzarle. "E' la prima volta - evidenzia Gabe Gomes della Carnegie Mellon University negli Usa, l'esperto alla guida del team che ha assemblato e testato il sistema Ia protagonista dell'esperimento - che un'intelligenza non organica pianifica, progetta ed esegue questa reazione complessa inventata dagli esseri umani". Il tutto in pochi minuti, centrando l'obiettivo al primo tentativo.
Le sintesi chimiche più complesse che Coscientist ha realizzato sono conosciute in chimica organica come 'accoppiamenti incrociati catalizzati da palladio', e sono valse agli inventori in carne e ossa il Nobel per la Chimica 2010 in riconoscimento del ruolo enorme che quelle reazioni hanno giocato nel processo di sviluppo farmaceutico e in altri settori industriali. L'impresa di Coscientist è illustrata sulla rivista 'Nature'. Le capacità dimostrate mostrano un potenziale per l'utilizzo produttivo dell'Ia da parte dell'uomo, con l'obiettivo di aumentare il ritmo e il numero delle scoperte scientifiche, nonché migliorare la replicabilità e l'affidabilità dei risultati sperimentali. Il gruppo di ricerca, che comprende anche i dottorandi Daniil Boiko e Robert MacKnight, ha ricevuto supporto e training rispettivamente dal National Science Foundation (Nsf) Center for Chemoenzymatic Synthesis della Northwestern University e dal Nsf Center for Computer-Assisted Synthesis all'University of Notre Dame, sempre negli Usa.
"Al di là delle attività di sintesi chimica dimostrate dal sistema, Gomes e il suo team sono riusciti a sintetizzare con successo una sorta di partner di laboratorio iperefficiente", afferma David Berkowitz, direttore della divisione chimica della Nsf. "Hanno messo insieme tutti i pezzi e il risultato finale è molto più della somma delle sue parti: può essere utilizzato per scopi scientifici veramente utili". Elementi principali i grandi modelli linguistici che compongono i suoi 'cervelli' artificiali. Si tratta di un tipo di intelligenza artificiale in grado di estrarre significato e schemi da enormi quantità di dati (tra i modelli testati e confrontati GPT-4 e altre versioni realizzate dalla società OpenAI). Coscientist è stato inoltre dotato di diversi moduli software testati prima individualmente e poi di concerto.
"Alla fine, abbiamo messo tutto insieme", dice Boiko. E il risultato di questo assemblaggio è stato in grado di fare cose che fanno tutti i chimici ricercatori: cercare informazioni pubbliche sui composti chimici, trovare e leggere manuali tecnici su come controllare le apparecchiature di laboratorio robotiche, scrivere codice informatico per eseguire esperimenti, e analizzare i dati risultanti per determinare cosa ha funzionato e cosa no. Un test ha valutato la capacità di Coscientist di pianificare accuratamente procedure chimiche che, se eseguite, darebbero come risultato sostanze di uso comune come l'aspirina, il paracetamolo e l'ibuprofene. Alcuni dei punteggi più alti sono stati ottenuti dal modulo GPT-4 abilitato alla ricerca, l'unico a creare una procedura di qualità accettabile per la sintesi dell'ibuprofene.
Boiko e MacKnight hanno visto Coscientist dimostrare 'ragionamento chimico', utilizzare informazioni chimiche disponibili e apportare modifiche ai suoi piani sperimentali esaminando specifiche tipologie di dati. Le apparecchiature chimiche robotiche ad alta tecnologia sono comunemente utilizzate nei laboratori per aspirare, spruzzare, riscaldare, agitare e fare altre cose su minuscoli campioni liquidi con estrema precisione più e più volte. Tali robot sono generalmente controllati tramite codice informatico scritto da chimici umani.
E' la prima volta che questi robot vengono controllati da un codice computerizzato scritto dall'intelligenza artificiale. Dopo avere conseguito il 'diploma di gestore di liquidi', il team ha introdotto Coscientist a più tipi di apparecchiature robotiche. Poiché non ha occhi, gli è stato scritto un codice per passare roboticamente la lastra dei colori allo spettrofotometro e analizzare le lunghezze d'onda della luce assorbite da ciascun pozzetto, identificando così quali colori erano presenti e la loro posizione sulla lastra. Per questo incarico, i ricercatori hanno dovuto dare una piccola spinta al Coscientist nella giusta direzione, istruendolo. L'Ia ha fatto il resto.
L'esame finale di Coscientist è stato "eseguire le reazioni Suzuki e Sonogashira", dal nome degli inventori di queste reazioni, scoperte negli anni '70, Akira Suzuki (Nobel per la Chimica 2010) e Kenkichi Sonogashira. Naturalmente Coscientist non aveva mai tentato queste reazioni prima. Quindi è andato su Wikipedia e su un'altra miriade di siti, e le ha cercate. "Per me, il momento 'eureka' è stato vederlo porre tutte le domande giuste", racconta MacKnight.
In meno di 4 minuti, Coscientist ha progettato una procedura accurata per produrre le reazioni richieste utilizzando le sostanze chimiche fornite dal team. Ha pure commesso un errore in un codice e, senza chiedere aiuto agli umani, lo ha corretto e ha riprovato. I risultati erano contenuti in alcuni minuscoli campioni di liquido trasparente. Boiko ha analizzato i campioni e ha riconosciuto le caratteristiche delle reazioni di Suzuki e Sonogashira. Ora, fanno però notare gli esperti, si pone il problema di usare saggiamente questo potenziale e di proteggersi da abusi.
"Possiamo avere qualcosa che funzioni in modo autonomo, cercando di scoprire nuovi fenomeni, nuove reazioni, nuove idee", ragiona Gomes, evidenziando però che comprendere le capacità e i limiti dell'intelligenza artificiale è il primo passo per elaborare regole e politiche informate che possano prevenire efficacemente usi dannosi dell'Ia, siano essi intenzionali o accidentali. "Dobbiamo essere responsabili e attenti a come queste tecnologie vengono implementate", conclude.
