化学におけるAIの活用事例まとめ

化学とAIを組み合わせることで、さまざまな革新的なアプローチやツールを開発できます。

具体的な事例をまとめてみます。

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タンパク質の構造予測

2024年のノーベル化学賞は、計算技術と人工知能（AI）を活用したタンパク質の設計と構造予測に関する革新的な研究に対して授与されました。

以下、受賞者の情報です。

デイヴィッド・ベイカー（David Baker）
ワシントン大学の生化学者で、計算によるタンパク質設計の分野で先駆的な業績を上げました。彼の開発した「Rosetta」プログラムは、新規のタンパク質を設計し、医薬品やナノマテリアルの開発に応用されています。
デミス・ハサビス（Demis Hassabis）とジョン・ジャンパー（John Jumper）
Google DeepMindの研究者で、AIモデル「AlphaFold2」を開発しました。このモデルは、アミノ酸配列からタンパク質の立体構造を高精度で予測し、従来数年を要した作業を数分で完了させることを可能にしました。

特に注目すべきは、AlphaFold2の開発です。

このAIモデルは、ディープラーニング技術を活用し、既知のタンパク質構造データを学習することで、新たなタンパク質の構造を予測します。

これにより、創薬や新素材開発、環境問題の解決（例えば、プラスチック分解酵素の設計）など、多岐にわたる分野での応用が期待されています。

石油精製や石油化学プラントでは、運転条件の微調整が収率や安全性に大きな影響を与えます。しかし、熟練オペレーターの判断に頼ることが多く、自動化が課題でした。

ENEOSとPreferred Networksが開発したAIシステムは、プラントの膨大なセンサーから得られるデータをリアルタイムに解析し、運転条件を最適化します。ディープラーニングを活用し、経済性と安全性を兼ね備えた運転を自動で実現。

川崎製油所での実運用により、手動操作よりも高効率な運転が確認され、収率の向上やエネルギー消費の削減が実現されています。

化粧品や日用品の安全性評価には、これまで動物実験が行われていましたが、動物福祉の観点から代替法の開発が求められていました。

サンスターグループが開発したAIは、化学物質の分子構造と皮膚感作性の関係を学習。化学物質の構造情報を入力すると、アレルギー反応を起こす可能性を予測します。

動物実験を不要にするだけでなく、短時間でリスク評価が可能になり、製品開発スピードの向上が実現されているようです。

タイヤ用ゴムの開発では、配合材料や条件による物性変化を予測するため、多くの試作と実験が必要でした。

横浜ゴムのAIシステムは、過去の実験データを学習し、特定のゴム配合に対する物性値を予測します。予測された値をもとに設計を進めることで、試作回数を削減。

開発期間の大幅な短縮に加え、実験コストを削減。技術者はAIを補助ツールとして活用し、効率的な開発が可能に。

新素材開発では、膨大な組み合わせの中から最適な組成を見つける必要があり、試行錯誤が長期化する課題がありました。

住友化学は、マテリアルズ・インフォマティクス（MI）を導入し、機械学習モデルを用いて材料特性を予測を行っています。少数の実験結果を基に、最適な組成や条件を導き出します。

これまで数カ月を要していた試行錯誤が数週間に短縮されたとのことで、新しい素材開発におけるスピードと成功率の向上に寄与しています。

三井化学でも、生成AIを活用した自社製品の新規用途探索を高精度化・高速化する実証検証を進めています。従来、材料の用途探索は顧客ヒアリングや文献調査など多岐にわたる活動が必要でしたが、生成AIを用いることで、膨大な外部データを効率的に分析し、新規用途の発見プロセスを加速しています。

化学分野では、実験条件の最適化や大規模データ解析が研究者の負担になっています。

データケミカルが提供する「Datachemical LAB」では、クラウド上でAIモデルを簡単に利用可能です。化学反応条件の最適化、反応経路予測、重要変数の特定などを支援しています。

中小規模の研究機関でも高性能なAI技術を利用できるようになり、研究効率が向上します。クラウドサービスのため、コストを抑えて活用できる点もメリットです。

化学分野におけるAIの活用は、研究開発の効率化、新素材の発見、安全性評価、業務の効率化など、幅広い領域で大きな成果を上げています。具体的には、新規化学物質の設計や用途探索、材料特性の最適化、化学反応の予測と最適化、さらには製造業における生産性向上に貢献しています。

生成AIの活用により、従来の試行錯誤型のプロセスから、データ駆動型で効率的な研究開発が可能になり、短期間での成果創出が実現しています。これにより、創薬や材料科学などの分野で革新が進み、持続可能な社会の実現にも寄与しています。