Autonom synteserobot bruger AI til at fremskynde kemisk opdagelse

RoboChems 'hjerne'

Noël-gruppens ekspertise er i "flow chemistry", en ny måde at udføre kemi på, hvor et system af små, fleksible rør erstatter bægre, kolber og andre traditionelle kemiværktøjer.

I RoboChem opsamler en robotnål omhyggeligt udgangsmaterialer og blander disse sammen i små mængder på lidt over en halv milliliter. Disse strømmer derefter gennem rørsystemet mod reaktoren. Der udløser lyset fra kraftige LED'er den molekylære omdannelse ved at aktivere en fotokatalysator inkluderet i reaktionsblandingen.

Strømmen fortsætter derefter mod et automatiseret NMR-spektrometer, der identificerer de transformerede molekyler. Disse data føres tilbage i realtid til den computer, der styrer RoboChem.

"Dette er hjernen bag RoboChem," siger Noël. "Den behandler informationen ved hjælp af kunstig intelligens. Vi bruger en maskinlæringsalgoritme, der autonomt bestemmer, hvilke reaktioner der skal udføres. Den sigter altid efter det optimale resultat og forbedrer konstant sin forståelse af kemien."

Imponerende opfindsomhed

Gruppen har lagt mange kræfter i at underbygge RoboChems resultater. Alle de molekyler, der nu er inkluderet i Science-papiret, blev isoleret og kontrolleret manuelt. Noël siger, at systemet har imponeret ham med sin opfindsomhed.

"Jeg har arbejdet på fotokatalyse i mere end et årti nu. Alligevel har RoboChem vist resultater, som jeg ikke ville have været i stand til at forudsige. For eksempel har den identificeret reaktioner, der kun kræver meget lidt lys. Til tider måtte jeg klø mit hoved til at forstå, hvad det havde gjort. Du spekulerer på:ville vi have gjort det på samme måde ."

Forskerne brugte også RoboChem til at kopiere tidligere forskning offentliggjort i fire tilfældigt udvalgte artikler. De afgjorde derefter, om Robochem producerede de samme – eller bedre – resultater.

"I omkring 80 % af tilfældene gav systemet bedre udbytter. For de øvrige 20 % var resultaterne ens," siger Noël. "Dette efterlader mig ikke i tvivl om, at en AI-assisteret tilgang vil være gavnlig for kemisk opdagelse i den bredest mulige forstand."

Gennembrud inden for kemi ved hjælp af kunstig intelligens

Ifølge Noël ligger relevansen af ​​RoboChem og anden "computeriseret" kemi også i genereringen af ​​data af høj kvalitet, som vil gavne den fremtidige brug af kunstig intelligens.

"I traditionel kemisk opdagelse er kun nogle få molekyler grundigt undersøgt. Resultaterne ekstrapoleres derefter til tilsyneladende lignende molekyler. RoboChem producerer et komplet og omfattende datasæt, hvor alle relevante parametre opnås for hvert enkelt molekyle. Det giver meget mere indsigt."

En anden funktion er, at systemet også registrerer "negative" data. I den nuværende videnskabelige praksis afspejler de fleste publicerede data kun vellykkede eksperimenter. "Et mislykket eksperiment giver også relevante data," siger Noël.

"Men dette kan kun findes i forskernes håndskrevne laboratorienotater. Disse er ikke offentliggjort og dermed utilgængelige for AI-drevet kemi. Det vil RoboChem også ændre på. Jeg er ikke i tvivl om, at hvis man vil skabe gennembrud i kemien med AI. , du skal bruge den slags robotter."

Flere oplysninger: Aidan Slattery et al., Automatiseret selvoptimering, intensivering og opskalering af fotokatalyse i flow, Science (2024). DOI:10.1126/science.adj1817. www.science.org/doi/10.1126/science.adj1817

Journaloplysninger: Videnskab

Leveret af University of Amsterdam