Un robot polaco descubre cuatro nuevas reacciones químicas

Un robot desarrollado en el Instituto de Química Orgánica de la Academia Polaca de Ciencias, en Varsovia, pasó 30 días realizando experimentos, analizando resultados y decidiendo por sí mismo qué probar después. Tomó más de 3.000 decisiones y ayudó a descubrir cuatro reacciones químicas no descritas hasta ahora, según un estudio publicado en Nature Communications.

El equipo estuvo dirigido por el Dr. Jarosław M. Granda. La cifra de 3.000 no equivale a 3.000 experimentos: cuenta las decisiones del software, como seguir o no investigando ciertas condiciones. El análisis de 100 reacciones seleccionadas condujo a cuatro transformaciones nuevas con alta enantioselectividad. Se trata de nuevas formas de llevar a cabo reacciones, no de nuevos elementos ni de sustancias de composición desconocida.

Cómo funciona el sistema

El equipo consiste en un robot manipulador de líquidos de tres ejes. Una aguja conectada a una bomba de jeringa traslada soluciones preparadas a viales cuyos soportes se fabricaron con impresión 3D. Las reacciones pueden realizarse entre -40 y unos 90 °C y las mezclas se analizan por cromatografía. Dos módulos analíticos procesaban de 40 a 50 mezclas al día, también de noche y en fines de semana.

Las decisiones las toma un algoritmo de aprendizaje por refuerzo profundo, que aprende de los resultados de sus propias acciones. Antes de controlar el dispositivo real, dos agentes de IA se entrenaron en entornos virtuales que simulaban los experimentos y los análisis cromatográficos: uno con 20 millones de interacciones y otro con 10 millones. Así, el robot podía decidir cuánto durar una reacción, qué temperatura aplicar y si valía la pena continuar una línea de investigación.

Alcance y límites

Los investigadores se centraron en la organocatálisis asimétrica, que permite obtener moléculas con una forma espacial definida, algo clave en farmacia porque las moléculas especulares pueden actuar de forma distinta en el organismo. Una de las reacciones produce un compuesto con quiralidad axial y tres permiten sintetizar alenos. Un resultado se refiere a la primera funcionalización enantioselectiva de un fragmento llamado pirrolopirrol.

Los autores subrayan que el robot no hace ciencia totalmente independiente: las personas definieron el área de búsqueda, prepararon los sustratos, construyeron el aparato y diseñaron el análisis, y los productos requirieron caracterización adicional. El robot trabajó con un grupo de reacciones basadas en ácidos fosfóricos quirales, y no se sabe si rendiría igual en otros procesos. Tampoco hay base para asegurar que lleven a nuevos fármacos. La ventaja es que los químicos pueden delegar experimentos repetitivos y parte de la elección de qué probar, y ganar tiempo para planificar e interpretar.