İnsan ve Makine Arasında Kimyasal Bilgi Paylaşımı

Fotoğraf: Prof. Dr. Christoph Steinbeck (sağda) ve Prof. Dr. Achim Zielesny liderliğindeki ekip, araştırmacıların dünya çapında kullanabileceği DECIMER.ai yapay zekâ aracını geliştirdi.

Jena Üniversitesi, Vestfalya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi ve Prag Kimya ve Teknoloji Üniversitesinden araştırmacılar, kimyasal yapısal formülleri makine tarafından okunabilir forma dönüştürmek için yapay sinir ağlarını kullanan bir platform geliştirdiler.

Bu platformla, bilimsel yayınlardan alınan bilgilerin otomatik olarak veri tabanlarına işlenebileceği bir araç yarattılar. Bunun şimdiye kadar kelimesi kelimesine elle yapılması gerekiyordu ve bu zaman alıcıydı. Nature Cammunication’ın bu sayısında Prof. Christoph Steinbeck ve Prof. Achim Zielesny liderliğindeki ekip, araştırmacıların dünya çapında kullanabileceği cihazlarının en son versiyonu DECIMER.ai sunumunu yapıyor.

Yapısal formüller kimyasal bileşiklerin nasıl oluştuğunu, yani hangi atomlardan oluştuğunu, bunların uzaysal düzlemde nasıl düzenlendiğini ve nasıl bağlandığını gösterir. Kimyacılar, diğer şeylerin yanı sıra, yapısal bir formülden hangi moleküllerin birbirleriyle reaksiyona girebileceğini ve hangilerinin reaksiyona giremeyeceğini, karmaşık bileşiklerin nasıl sentezlenebileceğini veya hangi doğal maddelerin hücrelerdeki hedef moleküllerle bir araya gelerek tedavi edici bir etkiye sahip olabileceğini anlayabilirler.

19. yüzyılda geliştirilen, moleküllerin yapısal formüller olarak ifadesi zamana direnmiştir ve hâlâ her kimya ders kitabında kullanılmaktadır. Ancak kimya dünyasını insanlar için sezgisel olarak anlaşılır kılan şey, yazılım için yalnızca siyah beyaz piksellerin bir araya gelmesidir. Jena Üniversitesi’nde analitik kimya, kemoinformatik ve kemometri profesörü Steinbeck, “Yapısal formüllerdeki bilgilerin otomatik olarak arama yapabilen veri tabanlarında kullanılabilir hale getirilmesi için bunların makine tarafından okunabilir bir koda çevrilmesi gerekiyor.” diye açıklıyor.

Vestfalya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi’nden Steinbeck ve meslektaşı Zielesny liderliğindeki ekip tarafından geliştirilen yapay zekâ aracı DECIMER kullanılarak yapılabilecek şey de tam olarak budur. DECIMER, “kimyasal görüntü tanıma için derin öğrenme” anlamına gelir. İnternetteki herkesin ücretsiz olarak erişebildiği ve standart bir web tarayıcısında kullanılabilen açık kaynaklı bir platformdur. Kimyasal yapısal formüller içeren bilimsel makaleler basitçe sürükleyip bırakarak buraya yüklenebilir ve yapay zekâ aracı hemen çalışmaya başlar.

Steinbeck, “İlk olarak tüm belgedeki görseller aranıyor.” diye açıklıyor. Algoritma daha sonra içerilen görüntü bilgisini tanımlar ve bunu kimyasal yapısal formül veya başka bir görüntü olup olmadığına göre sınıflandırır. Son olarak tanınan yapısal formüller, daha fazla işlenebilmeleri için kimyasal yapı koduna çevrilir veya bir yapı düzenleyicide görüntülenir. Steinbeck, “Bu adım, projenin özü ve gerçek başarısıdır.” diye ekliyor.

Bu şekilde, kafein molekülünün kimyasal yapı formülü, makine tarafından okunabilen yapı kodu CN1C=NC2=C1C(=O)N(C(=O)N2C)C haline gelir. Bu daha sonra doğrudan bir veri tabanına yüklenebilir ve molekül hakkında daha fazla bilgi ile ilişkilendirilebilir.

Araştırmacılar DECIMER’ı geliştirmek için, henüz yeni kurulan ve aynı zamanda şu anda çok fazla tartışma konusu olan Büyük Dil Modellerinde (ChatGPT gibi) kullanılan modern yapay zekâ yöntemlerini kullandılar. Ekip, AI aracını eğitmek için mevcut makine tarafından okunabilen veri tabanlarından yapısal formüller oluşturdu ve bunları eğitim verileri- bugüne kadar yaklaşık 450 milyon yapısal formül- olarak kullandı. Araştırmacıların yanı sıra şirketler de bu yapay zekâ aracını, örneğin yapısal formülleri patent spesifikasyonlarından veri tabanlarına aktarmak için, zaten kullanıyor.

Steinbeck ve Zielesny, birkaç yıl önce kimyasal görüntülerin kodunu çözecek bir yapay zekâ aracı geliştirme fikrini ortaya attılar. İki kimyager, bin yıllık Asya kutu oyunu Go ile bağlantılı olarak yapay zekâ yöntemlerinin geliştirilmesiyle ilgileniyordu. 2016 yılında dünyanın her yerinden milyonlarca insanla birlikte, o zamanın en iyi Go oyuncusu Güney Koreli Lee Sedol ile bilgisayar yazılımı AlphaGo arasındaki ve makinenin 4:1 kazandığı muhteşem turnuvayı izlediler.

Steinbeck, “Bize yapay zekanın ne kadar güçlü olabileceğini gösteren, hiç beklenmedik bir olaydı.” diye anımsıyor. O zamana kadar, bir algoritmanın bu oyunda insanın yaratıcılığına ve sezgisine rakip olabileceği düşünülemezdi.

“Kısa bir süre sonra, yapay zekâ aracı AlphaGo’da hâlâ olduğu gibi sayısız insan oyunu seansı yoluyla zahmetli bir şekilde eğitilerek değil, sadece sistemin tekrar tekrar kendine karşı oynaması süreciyle ve bunu yaparken oyun tarzını da optimize ederek yarı insanüstü bir oyun gücü geliştirdiğinde bu yeni yöntemlerin yeterli eğitim verisi ile diğer çok karmaşık sorunları da çözebileceğini fark ettik. Bunu araştırma alanımız için kullanmak istedik.”

Bilimsel bilgiyi sürdürülebilir şekilde kullanılabilir hale getirmek

Steinbeck ve ekibi, DECIMER ile bir noktada kendilerini ilgilendiren tüm kimya literatürünü, 1950’lere kadar uzanarak, makinede okuyabilmeyi ve bunları açık veri tabanlarına çevirebilmeyi umuyor.

Sonuçta, aynı zamanda Almanya’daki Kimya Ulusal Araştırma Veri Altyapısının koordinatörü Steinbeck’in temel kaygılarından biri, mevcut bilgiyi sürdürülebilir bir şekilde güvence altına almak ve küresel bilim camiasının kullanımına sunmaktır.

Kaynak: phys.org