Автономный робот-синтезатор, использующий искусственный интеллект для ускорения химических открытий

Группой профессора Тимоти Ноэля в Институте молекулярных наук УвА был разработан робот-химик RoboChem. Их статья показывает, что RoboChem – это точный и надежный химик, который может выполнять различные реакции, производя минимальное количество отходов. Работая автономно круглосуточно, система быстро и неутомимо достигает результатов. Ноэль говорит: “За неделю мы можем оптимизировать синтез около десяти-двадцати молекул. Это заняло бы несколько месяцев у студента аспирантуры”. Робот не только дает лучшие условия реакции, но также предоставляет настройки для масштабирования. “Это означает, что мы можем производить объемы, которые прямо связаны с поставщиками фармацевтической индустрии, например.”

Экспертиза группы Ноеля находится в поточной химии, новом способе проведения химических реакций, где система небольших гибких труб заменяет банки, колбы и другие традиционные инструменты химии. В RoboChem роботическая игла осторожно собирает исходные материалы и смешивает их в небольших объемах чуть больше половины миллилитра. Затем они протекают через трубную систему к реактору. Там свет мощных светодиодов запускает молекулярное превращение, активируя фотокатализатор, включенный в реакционную смесь. Поток затем продолжается в сторону автоматического ЯМР-спектрометра, который идентифицирует преобразованные молекулы. Эти данные поступают в реальном времени в компьютер, управляющий RoboChem. “Это мозг за RoboChem,” – говорит Ноэль. “Он обрабатывает информацию с использованием искусственного интеллекта. Мы используем алгоритм машинного обучения, который автономно определяет, какие реакции проводить. Он всегда стремится к оптимальному результату и постоянно уточняет свое понимание химии.”

Группа приложила много усилий, чтобы подтвердить результаты RoboChem. Все молекулы, включенные в научную статью, были изолированы и проверены вручную. Ноэль говорит, что система поразила его изобретательностью: “Я работаю над фотокатализом уже более десяти лет. Тем не менее RoboChem показал результаты, которые я бы не смог предсказать. Например, он идентифицировал реакции, которые требуют очень мало света. Иногда мне приходилось почесать голову, чтобы постигнуть, что он сделал. Тогда ты задаешься вопросом: мы бы сделали это так же? Впоследствии вы видите логику RoboChem. Но я сомневаюсь, что мы получили бы те же результаты сами. Или хотя бы не так быстро”.

Исследователи также использовали RoboChem для воспроизведения предыдущих исследований, опубликованных в четырех произвольно выбранных статьях. Затем они определили, произвел ли Robochem те же – или лучшие – результаты. “В около 80% случаев система дала лучшие выходы. В других 20% результаты были похожи”, – говорит Ноель. “Это не оставляет у меня сомнений в том, что подход, поддерживаемый искусственным интеллектом, будет полезен для химического открытия в самом широком смысле”.

По мнению Ноеля, значение RoboChem и других “компьютеризированных” химиков также заключается в генерации высококачественных данных, которые будут полезны для будущего использования искусственного интеллекта. “В традиционном химическом открытии только несколько молекул тщательно исследуются. Затем результаты экстраполируются на кажущиеся подобные молекулы. RoboChem производит полный и всесторонний набор данных, где все соответствующие параметры получаются для каждой отдельной молекулы. Это дает намного больший инсайт”.

Еще одна особенность заключается в том, что система также регистрирует “негативные” данные. В существующей научной практике большинство опубликованных данных отражает только успешные эксперименты. “Неудачный эксперимент также дает значимые данные,” – говорит Ноель. “Но их можно найти только в рукописных записях исследователей. Они не публикуются и поэтому недоступны для химии, поддерживаемой ИИ. RoboChem также это изменит. Я уверен, что если вы хотите добиться прорывов в химии с помощью искусственного интеллекта, вам понадобятся подобные роботы”.
Оригинальная новость на сайте