人工智能正在解放化學(xué)家的雙手

劉園園

近日，香山科學(xué)會(huì)議聚焦綠色生態(tài)與化學(xué)化工，除了各種前沿化學(xué)化工技術(shù)之外，人工智能在該領(lǐng)域的應(yīng)用成為被關(guān)注的新議題。

“合成化學(xué)過(guò)程中的變數(shù)太多確實(shí)給通量制備和通量反應(yīng)條件篩選增加了難度。但是在大數(shù)據(jù)與人工智能時(shí)代，這樣的狀況將會(huì)大大改變。”中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所副所長(zhǎng)馬大為在會(huì)議上介紹，人工智能有望助力合成化學(xué)研究邁上新的臺(tái)階。

“勞動(dòng)密集型”將成過(guò)去

“在有機(jī)合成領(lǐng)域，合成化學(xué)家在上個(gè)世紀(jì)就號(hào)稱(chēng)給予足夠的學(xué)生和經(jīng)費(fèi)資助，可以合成任何復(fù)雜的有機(jī)小分子。但是直到今天，無(wú)論是新藥開(kāi)發(fā)還是新材料發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)過(guò)程的決速步驟往往還是化合物的合成?！瘪R大為介紹。

馬大為解釋說(shuō)，這是因?yàn)?，盡管化合物性質(zhì)的評(píng)估大部分已進(jìn)入通量篩選階段，但化學(xué)合成仍然停留在手工操作階段。

在化學(xué)合成領(lǐng)域，由于不同化學(xué)反應(yīng)條件下的無(wú)窮變化，研究人員設(shè)計(jì)化學(xué)合成路線(xiàn)基本上還是依靠手工——在藥物分子合成領(lǐng)域尤其突出。這就讓化學(xué)合成更像一種“勞動(dòng)密集型”工作。

但在人工智能時(shí)代，這種狀況將逐漸成為過(guò)去。去年4月，一個(gè)德國(guó)研究團(tuán)隊(duì)在《自然》期刊發(fā)表論文稱(chēng)，他們可以憑借人工智能系統(tǒng)以前所未有的速率進(jìn)行化學(xué)合成分析，這將大大提升科研人員研發(fā)新藥和其他化合物的效率。

根據(jù)這篇論文的內(nèi)容，研究人員利用人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)分子的合成路線(xiàn)，只需要5秒鐘。馬大為感嘆說(shuō)，人工去設(shè)計(jì)的話(huà)，5秒鐘都來(lái)不及把分子結(jié)構(gòu)看清楚，5分鐘都不一定能把分子設(shè)計(jì)出來(lái)。

南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院副教授李承輝了解到人工智能算法推薦分子的合成路線(xiàn)后，獲得不少啟發(fā)。他目前也在考慮如何用人工智能幫助他做化學(xué)研究。

人工智能在化學(xué)領(lǐng)域大有可為

過(guò)去，了解一個(gè)化學(xué)反應(yīng)條件是否可行，就是不斷試錯(cuò)的過(guò)程。需要人工一個(gè)一個(gè)去測(cè)試，包含大量的重復(fù)性勞動(dòng)。如今，可以利用人工智能對(duì)化學(xué)反應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速檢測(cè)，然后在機(jī)器上進(jìn)行通量的反應(yīng)條件測(cè)試，整個(gè)系統(tǒng)一天可以做上千個(gè)反應(yīng)條件的測(cè)試。換成人工，一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里每天做20個(gè)化學(xué)反應(yīng)測(cè)試就已經(jīng)很不錯(cuò)了。

馬大為告訴記者，一些大型制藥公司已經(jīng)將人工智能用于輔助設(shè)計(jì)化學(xué)合成路線(xiàn)，成為此類(lèi)技術(shù)的第一批用戶(hù)。除了藥物研發(fā)，新材料研發(fā)等包含化合物合成的領(lǐng)域都可利用人工智能進(jìn)行化學(xué)合成路線(xiàn)推薦。

“將來(lái)，合成以往不存在的分子就像蓋房子一樣，先讓人工智能把藍(lán)圖描繪出來(lái)，研究人員只要按著藍(lán)圖去搭建就行。”馬大為說(shuō)。

李承輝也認(rèn)為，人工智能在化學(xué)領(lǐng)域?qū)⒋笥锌蔀?。在他看?lái)，未來(lái)化學(xué)領(lǐng)域的人工智能應(yīng)用將像人工智能醫(yī)生一樣，它能夠掌握和消化海量合成方法、合成路線(xiàn)、材料結(jié)構(gòu)和性能等，科研人員做化學(xué)合成研究時(shí)，它可以幫助分析和解決很多問(wèn)題。

不過(guò)總的來(lái)說(shuō)，人工智能扮演的角色仍是輔助性的，但結(jié)果也需要研究人員利用專(zhuān)業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)去判斷。