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News 10.04.2018

KI meistert Königsdisziplin der organischen Chemie

Tiefe neuronale Netzwerke und die Monte-Carlo-Baumsuche vereinfachen chemische Retrosynthese

Ein interdisziplinäres Forscherteam der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster hat eine Möglichkeit gefunden, die sogenannte Retrosynthese chemischer Stoffe unter Zuhilfenahme von künstlicher Intelligenz automatisiert durchführen zu lassen. Dabei wurde diejenige Kombination von Techniken genutzt, die auch Alpha Go zum Sieg verhalf.

Die Retrosynthese ist die Standardmethode, um die Herstellung chemischer Verbindungen zu konzipieren. Das Prinzip: Die Verbindung wird gedanklich rückwärts in immer kleinere Bausteine zerlegt, bis man Grundbausteine erhält. Diese Analyse liefert somit eine Anleitung, um das Zielmolekül im Labor aus verschiedenen Grundstoffen herzustellen.

Marwin Segler, Erstautor der in Nature veröffentlichten Studie, bringt die Ergebnisse auf den Punkt: „Die Retrosynthese ist die Königsdisziplin der organischen Chemie. Chemikerinnen und Chemiker brauchen Jahre, um sie zu meistern – ähnlich wie bei Schach und Go. Neben purem Fachwissen braucht man auch ein gutes Maß an Intuition und Kreativität dafür. Bislang ging man davon aus, dass Computer nicht mithalten können, ohne dass Experten Zehntausende von Regeln per Hand einprogrammieren.“

Hier kommt nun das neue Verfahren ins Spiel, das tiefe neuronale Netzwerke und die Monte-Carlo-Baumsuche verknüpft. Diese Kombination ist so vielversprechend, dass sie aktuell von zahlreichen Wissenschaftlern verschiedener Fachrichtungen erforscht wird. Bei der Monte-Carlo-Baumsuche handelt es sich um eine Methode zur Bewertung von Spielzügen: Der Computer simuliert bei jedem Zug zahlreiche Varianten, wie zum Beispiel die Partie Schach zu Ende gehen könnte. Der vielversprechendste Zug wird ausgewählt. Analog sucht nun der Computer für die chemische Synthese möglichst gute „Züge“. Er ist außerdem in der Lage, mittels tiefer neuronaler Netzwerke zu lernen: Der Computer greift auf die gesamte jemals veröffentlichte chemische Fachliteratur zurück, die fast zwölf Millionen chemische Reaktionswege beschreibt.

Weitere Informationen finden Sie hier.

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