Actualizado en enero 8, 2024
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El impacto de la inteligencia artificial (IA) en la sociedad es objeto de debate. La IA ya está trabajando a nuestro alrededor, influyendo en todo, desde los resultados de nuestras búsquedas hasta nuestras posibilidades de citas en línea, con herramientas surgiendo día tras día y cada vez más cercanas a las personas del común.
Sin embargo, los estudios han demostrado que la IA puede reflejar los mismos prejuicios que los humanos han intentado superar. El análisis de grandes volúmenes de datos asociado a la IA también afectará profundamente al análisis de la inteligencia, ya que cantidades masivas de datos se examinan casi en tiempo real.
Pero para la química y la ciencia, la inteligencia artificial no es una recién llegada. En los últimos años, la Inteligencia Artificial (IA) ha cobrado cada vez más importancia en la investigación química y el desarrollo industrial. Los algoritmos basados en IA son especialmente adecuados para problemas en los que no se conocen con exactitud las leyes físicas que determinan las propiedades moleculares que deben predecirse, o cuando los datos empíricos son limitados. Los químicos utilizan la IA para reducir el esfuerzo necesario para diseñar y realizar experimentos, con aplicaciones en la automatización de laboratorios, la predicción de la solubilidad de nuevos fármacos y la planificación retrosintética, entre otras.
¿Qué es la IA?
IA, o Inteligencia Artificial, es un término utilizado para describir máquinas capaces de pensar y actuar como seres humanos. Los sistemas de IA son capaces de aprender de su entorno, tomar decisiones y resolver problemas. Los sistemas de IA pueden utilizarse en una gran variedad de aplicaciones, desde la robótica a los coches autoconducidos o los asistentes virtuales. La IA tiene el potencial de revolucionar casi cualquier industria automatizando tareas mundanas y proporcionando mejores conocimientos que los humanos. La inteligencia artificial es un campo en rápida evolución y sus aplicaciones se amplían día a día.
¿Cómo pueden colaborar la inteligencia artificial y la química?
La inteligencia artificial y la química son dos campos muy activos, lo que significa que siempre están pasando muchas cosas. Pero, ¿cómo pueden trabajar juntas?
Los químicos utilizan la IA para diseñar nuevas moléculas y predecir sus propiedades. También la utilizan para encontrar nuevos compuestos: si se juntan dos moléculas, es posible que formen una tercera que no existe en la naturaleza, un paso clave en la investigación. Por último, los químicos utilizan la IA para predecir las propiedades de los compuestos: saber qué ocurrirá cuando se combinen dos sustancias químicas diferentes es crucial para comprender si algo podría comportarse como se espera en condiciones reales (por ejemplo, determinar por qué se producen determinadas reacciones).
Química computacional y ciencia de los materiales
La química computacional es un campo de estudio que utiliza ordenadores para resolver problemas químicos. Utiliza una combinación de matemáticas, física e informática para modelizar sistemas químicos. Estos modelos pueden utilizarse para predecir cómo reaccionarán e interactuarán entre sí las sustancias químicas.
Los químicos computacionales utilizan herramientas como la dinámica molecular (DM) y la mecánica cuántica para simular sistemas complejos a nivel molecular con parámetros realistas. En términos generales, la DM se utiliza cuando se desea que las propiedades (por ejemplo, la densidad) o los parámetros (por ejemplo, la temperatura) del sistema se calculen a partir de primeros principios en lugar de valores medidos empíricamente; mientras que la mecánica cuántica se centra en describir procesos físicos a escala atómica sin recurrir demasiado a detalles microscópicos como las cargas o las masas dentro del núcleo de un átomo, ¡lo que requeriría demasiada potencia de cálculo para la mayoría de las aplicaciones actuales!
Robótica basada en la química
La química es el estudio de la composición, estructura, propiedades y cambios de la materia. Sirve para investigar cómo interactúan las moléculas; qué ocurre cuando se calientan o enfrían; si ciertas sustancias químicas reaccionan entre sí; cómo interactúan los metales con otras sustancias como el agua o el aire; qué sustancias químicas son venenosas o no… Los químicos también utilizan sus conocimientos sobre química para crear cosas nuevas, como medicamentos diseñados específicamente para personas que padecen ciertas enfermedades
Sin embargo, la IA también puede utilizarse para diseñar nuevas moléculas o ayudar a identificar fármacos que puedan funcionar en determinadas enfermedades.
Por ejemplo, se han desarrollado algoritmos que utilizan el aprendizaje automático y la visión por ordenador para identificar patrones en estructuras moleculares. Los algoritmos observan dos moléculas con estructuras diferentes e intenta predecir qué ocurrirá si esas dos moléculas se combinan.
Si acierta el resultado, se considera acertado; si no, no pasa nada: la otra molécula no se descompone en trozos más pequeños al mezclarse con otra para que ambas existan dentro de una sola entidad (es decir, molécula). Este proceso podría ayudar a los investigadores a encontrar mejores formas de crear medicamentos sin tener muchos conocimientos previos sobre cómo funcionan exactamente estas sustancias en el interior de nuestro cuerpo.
Los algoritmos son reglas para resolver un problema matemático. En química, los algoritmos se utilizan para predecir cómo reaccionará un compuesto en distintos entornos. Por ejemplo, un algoritmo puede utilizarse para determinar qué moléculas deben añadirse al principio de una reacción o qué moléculas deben eliminarse al final de la misma (o incluso ambas cosas).
Muchos químicos tienen formación en biología o informática, y utilizan las mismas herramientas desarrolladas por los investigadores que trabajan con IA. El uso de la IA es especialmente importante en el proceso de descubrimiento de fármacos. Los químicos son capaces de diseñar moléculas que imitan a los compuestos naturales que se encuentran en nuestro organismo, lo que les permite comprobar si esas moléculas funcionan tan bien como sus homólogas. Este método puede utilizarse para identificar nuevos fármacos antes de probarlos en animales, lo que ahorra tiempo y dinero a ambas partes implicadas y garantiza que cada paso del proceso se realice correctamente.
La IA reduce el trabajo
Los ordenadores pueden estudiar miles de combinaciones de reactivos a la vez sin apenas intervención humana. Los ordenadores realizan esta tarea mucho más rápido de lo que el ser humano podría hacerlo nunca: si se dispone de tiempo suficiente, aunque se intentara averiguar a mano todas las combinaciones posibles (lo que llevaría años).
Los químicos también pueden examinar millones de compuestos utilizando bibliotecas informatizadas para encontrar los que podrían funcionar de nuevas formas. Los químicos utilizan la IA para diseñar nuevos compuestos y analizar su potencial como fármacos o materiales, pero es importante recordar que la química es sólo una parte de la ecuación. La inteligencia artificial nos ayudará a entender por qué algunas sustancias funcionan mejor juntas que otras o a crear productos útiles desde cero, pero en última instancia puede que sean los humanos, con años de experiencia trabajando con sustancias químicas, los primeros en hacer descubrimientos.
A medida que avanzamos hacia una era de análisis de grandes volúmenes de datos, los químicos necesitarán toda la ayuda posible de los programas informáticos si queremos resolver algunos de los mayores problemas de nuestro mundo, desde la producción y almacenamiento de energía hasta el calentamiento global.»
Las herramientas basadas en el aprendizaje automático e inteligencias artificiales son ahora capaces de ayudar a los científicos a diseñar nuevas moléculas y sintetizarlas. En muchos casos, estas herramientas alcanzan un rendimiento impresionante e impulsan la productividad de los químicos. Cabe esperar que los investigadores las mejoren mucho en los próximos años y que estas herramientas se conviertan en imprescindibles para los químicos.
Avances más recientes de AI en química
Según un editorial reciente en Nature, el pleno potencial de la inteligencia artificial (IA) en la investigación química aún no se ha realizado debido a la falta de datos de entrenamiento precisos y accesibles. El artículo destaca que cualquier sistema de IA es tan bueno como los datos en los que se entrena.
Estos sistemas se basan en lo que se llaman redes neuronales, que sus desarrolladores enseñan utilizando conjuntos de datos de entrenamiento que deben ser grandes, confiables y libres de sesgos. Si los químicos quieren aprovechar todo el potencial de las herramientas de IA generativa, necesitan ayudar a establecer tales conjuntos de datos de entrenamiento.
El editorial también menciona que los sistemas de aprendizaje automático en química necesitan datos de entrenamiento precisos y accesibles. Hasta que los obtengan, no alcanzarán su potencial. El artículo explica además que los sistemas de IA que implementan la retrosíntesis requieren un conocimiento integral de estructuras químicas específicas con las que trabajan diferentes reacciones.
Los químicos que descubren una nueva reacción suelen publicar resultados explorándola, pero a menudo estos no son exhaustivos. A menos que los sistemas de IA tengan un conocimiento integral, podrían terminar sugiriendo materiales de partida con estructuras que impedirían que las reacciones funcionaran o condujeran a productos incorrectos.
Para más información AI for chemistry
Como citar este artículo:
APA: (2023-02-09). Las inteligencias artificiales y la química. Recuperado de https://quimicafacil.net/notas-de-quimica/las-inteligencias-artificiales-y-la-quimica/
ACS: . Las inteligencias artificiales y la química. https://quimicafacil.net/notas-de-quimica/las-inteligencias-artificiales-y-la-quimica/. Fecha de consulta 2024-09-11.
IEEE: , "Las inteligencias artificiales y la química," https://quimicafacil.net/notas-de-quimica/las-inteligencias-artificiales-y-la-quimica/, fecha de consulta 2024-09-11.
Vancouver: . Las inteligencias artificiales y la química. [Internet]. 2023-02-09 [citado 2024-09-11]. Disponible en: https://quimicafacil.net/notas-de-quimica/las-inteligencias-artificiales-y-la-quimica/.
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