روبوت بولندي بالذكاء الاصطناعي يكتشف أربعة تفاعلات كيميائية جديدة

اكتشف روبوت ذاتي التشغيل تديره خوارزميات الذكاء الاصطناعي، طوّره معهد الكيمياء العضوية التابع للأكاديمية البولندية للعلوم (IChO PAN)، أربعة تفاعلات كيميائية لم تكن معروفة من قبل. وأجرى الجهاز التجارب المخبرية بنفسه وحلّل نتائجها لحظة بلحظة دون تدخل بشري، ونُشرت النتائج في مجلة «Nature Communications».

أتمتة الحفز العضوي غير المتماثل

صُمّم النظام لتسريع أبحاث تستغرق شهوراً في مجال كيميائي يعنى بإنتاج جزيئات كيرالية باستخدام محفزات عضوية. وتوجد هذه المركبات في شكلين متطابقين كصورتين في المرآة يُعرفان بالمتصاوغات الضوئية (enantiomers)، على غرار اليد اليمنى واليسرى. وقد يتفاعل كل شكل مع جزيئات الجسم بطريقة مختلفة تماماً، ولذلك يُعدّ الحصول انتقائياً على الشكل المطلوب وحده أمراً حاسماً في تصميم الأدوية. وكان التحقق من نتيجة تفاعل انتقائي واحد يستغرق من كيميائي خبير عادةً عدة ساعات.

صمّم الجهاز باتريك كلوخوفيتش، طالب الدكتوراه في المعهد. يتحرك الروبوت على ثلاثة محاور وينقل السوائل بإبرة موصولة بمضخة حقن يتم التحكم بها عن بعد. ويستخدم مفاعلات مزودة بحوامل قوارير مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، ووحدات للتبريد والتسخين في نطاق يمتد من 40 درجة مئوية تحت الصفر إلى نحو 90 درجة. وتتيح وحدتا تحليل تعتمدان على الكروماتوغرافيا فحص 40 إلى 50 مزيجاً في اليوم الواحد، ويعمل الروبوت دون توقف ليلاً وفي عطلات نهاية الأسبوع.

التعلم المعزز والمحاكاة

استُخدم في التحكم أسلوب التعلم المعزز العميق (deep reinforcement learning). تحدد وحدة الذكاء الاصطناعي درجة الحرارة ومدة التجارب، وتقرر بناءً على نتائج الكروماتوغرافيا ما إذا تكوّن المنتج وهل يملك الخصائص الكيرالية المطلوبة. وقبل الانتقال إلى المختبر الحقيقي تدرّبت الخوارزميات في محاكيين: احتاج الوكيل الأول إلى نحو 20 مليون تفاعل مع البيئة الرقمية، والثاني إلى قرابة 10 ملايين محاولة. ويؤكد مصمم الروبوت أن إجراء هذا العدد من الاختبارات في مختبر تقليدي مستحيل.

الإنسان ما زال في المركز

يشدد صاحب المشروع على أن الذكاء الاصطناعي والأتمتة لن يحلا محل الباحثين في تحديد الاتجاهات العلمية، فالحدس والتفكير المجرد يظلان أساسيين في البحث عن الابتكار، لكن كثيراً من الأعمال المخبرية المرهقة سيُؤتمت. ويُقدَّر عدد الجزيئات العضوية النظرية المفيدة في صناعة الأدوية بنحو 10 أس 60، ومن المتوقع أن تساعد هذه الأنظمة في استكشاف هذا الفضاء الهائل بصورة أسرع وأكثر أماناً.