Robô de síntese autônoma usa IA para acelerar a descoberta química
RoboChem é uma plataforma de bancada autônoma para síntese química rápida, precisa e 24 horas por dia. Crédito:Universidade de Amsterdã Químicos da Universidade de Amsterdã (UvA) desenvolveram um robô autônomo de síntese química com uma unidade integrada de aprendizado de máquina orientada por IA. Apelidado de “RoboChem”, o dispositivo de bancada pode superar um químico humano em termos de velocidade e precisão, ao mesmo tempo que exibe um alto nível de engenhosidade.
Como o primeiro desse tipo, poderia acelerar significativamente a descoberta química de moléculas para aplicações farmacêuticas e muitas outras. Os primeiros resultados da RoboChem são publicados na revista Science .
RoboChem foi desenvolvido pelo grupo do Prof. Timothy Noël no Instituto Van 't Hoff de Ciências Moleculares da UvA. O artigo deles mostra que RoboChem é um químico preciso e confiável que pode realizar uma variedade de reações enquanto produz quantidades mínimas de resíduos.
Trabalhando de forma autônoma 24 horas por dia, o sistema entrega resultados de forma rápida e incansável. Noël disse:"Em uma semana, podemos otimizar a síntese de cerca de dez a vinte moléculas. Isso levaria vários meses para um estudante de doutorado." O robô não apenas produz as melhores condições de reação, mas também fornece as configurações para aumento de escala.
“Isso significa que podemos produzir quantidades que sejam diretamente relevantes para os fornecedores da indústria farmacêutica, por exemplo.” Lapso de tempo do RoboChem. Crédito:Universidade de Amsterdã O 'cérebro' da RoboChem
A experiência do grupo Noël está em "química de fluxo", uma nova forma de realizar química onde um sistema de tubos pequenos e flexíveis substitui béqueres, frascos e outras ferramentas químicas tradicionais.
No RoboChem, uma agulha robótica coleta cuidadosamente os materiais iniciais e os mistura em pequenos volumes de pouco mais de meio mililitro. Estes então fluem através do sistema de tubulação em direção ao reator. Lá, a luz de LEDs potentes desencadeia a conversão molecular ativando um fotocatalisador incluído na mistura de reação.
O fluxo então continua em direção a um espectrômetro NMR automatizado que identifica as moléculas transformadas. Esses dados são retornados em tempo real ao computador que controla o RoboChem.
“Este é o cérebro por trás do RoboChem”, diz Noël. "Ele processa as informações usando inteligência artificial. Usamos um algoritmo de aprendizado de máquina que determina de forma autônoma quais reações realizar. Ele sempre busca o resultado ideal e refina constantemente sua compreensão da química."
Um amostrador de agulha robótico seleciona quantidades precisas de vários reagentes e os mistura habilmente para criar uma solução de reação. Crédito:Universidade de Amsterdã
. No coração do RoboChem está um poderoso reator fotoquímico com uma série de LEDs muito poderosos que iluminam a solução de reação. Aqui as moléculas são transformadas de acordo com as instruções do controlador AI. Crédito:Universidade de Amsterdã
Engenhosidade impressionante
O grupo se esforçou muito para comprovar os resultados da RoboChem. Todas as moléculas agora incluídas no artigo da Science foram isoladas e verificadas manualmente. Noël diz que o sistema o impressionou pela sua engenhosidade.
"Tenho trabalhado em fotocatálise há mais de uma década. Mesmo assim, a RoboChem mostrou resultados que eu não teria sido capaz de prever. Por exemplo, identificou reações que requerem apenas muito pouca luz. Às vezes tive que coçar minha cabeça para entender o que ele fez. Você então se pergunta:teríamos feito da mesma maneira, você vê a lógica da RoboChem. Mas duvido que nós mesmos tivéssemos obtido os mesmos resultados. ."
Os pesquisadores também usaram o RoboChem para replicar pesquisas anteriores publicadas em quatro artigos selecionados aleatoriamente. Eles então determinaram se a Robochem produziu os mesmos resultados ou melhores.
“Em cerca de 80% dos casos, o sistema produziu melhores rendimentos. Nos outros 20%, os resultados foram semelhantes”, diz Noël. “Isso não me deixa dúvidas de que uma abordagem assistida por IA será benéfica para a descoberta química no sentido mais amplo possível.”
. RoboChem é baseado nos princípios da Química de Fluxo. As reações são realizadas em volumes de apenas 650 microlitros, fluindo através de pequenos tubos. Crédito:Universidade de Amsterdã
. RoboChem aplica um algoritmo de aprendizado de máquina que processa os dados obtidos do sistema. Ele decide quais reações executar, sempre visando o resultado ideal. A intervenção humana ocorre apenas no início, configurando as soluções estoque e iniciando a sessão RoboChem. Crédito:Universidade de Amsterdã
Avanços na química usando IA
Segundo Noël, a relevância do RoboChem e de outras químicas “informatizadas” também reside na geração de dados de alta qualidade, o que beneficiará o uso futuro da IA.
"Na descoberta química tradicional, apenas algumas moléculas são minuciosamente pesquisadas. Os resultados são então extrapolados para moléculas aparentemente semelhantes. A RoboChem produz um conjunto de dados completo e abrangente onde todos os parâmetros relevantes são obtidos para cada molécula individual. Isso fornece muito mais informações."
Outra característica é que o sistema também registra dados “negativos”. Na prática científica atual, a maioria dos dados publicados reflete apenas experiências bem-sucedidas. “Uma experiência fracassada também fornece dados relevantes”, diz Noël.
"Mas isso só pode ser encontrado nas notas de laboratório manuscritas dos pesquisadores. Elas não são publicadas e, portanto, indisponíveis para a química alimentada por IA. RoboChem também mudará isso. Não tenho dúvidas de que, se você quiser fazer avanços na química com IA, , você precisará desses tipos de robôs."
Mais informações: Aidan Slattery et al, Auto-otimização automatizada, intensificação e aumento de escala da fotocatálise em fluxo, Ciência (2024). DOI:10.1126/science.adj1817. www.science.org/doi/10.1126/science.adj1817 Informações do diário: Ciência
