Un robot polonais découvre quatre nouvelles réactions chimiques

Un robot conçu à l'Institut de chimie organique de l'Académie polonaise des sciences, à Varsovie, a passé 30 jours à mener des expériences, analyser les résultats et décider seul de la suite. Il a pris plus de 3 000 décisions et contribué à la découverte de quatre réactions chimiques jamais décrites, selon une étude parue dans Nature Communications.

L'équipe était dirigée par le Dr Jarosław M. Granda. Le chiffre de 3 000 ne correspond pas à 3 000 expériences : il recense les décisions prises par le logiciel, par exemple poursuivre ou non l'étude de certaines conditions. L'analyse de 100 réactions choisies a abouti à quatre transformations nouvelles, hautement énantiosélectives. Il s'agit de nouvelles façons de réaliser des réactions, non de nouveaux éléments ni de substances de composition inconnue.

Le fonctionnement du système

Le dispositif repose sur un robot de manipulation de liquides à trois axes. Une aiguille reliée à une pompe à seringue transfère des solutions préparées dans des flacons, dont les supports ont été imprimés en 3D. Les réactions se déroulent de -40 à environ 90 °C et les mélanges sont analysés par chromatographie. Deux modules d'analyse traitaient de 40 à 50 mélanges par jour, y compris la nuit et le week-end.

Les décisions relèvent d'un algorithme d'apprentissage par renforcement profond, qui apprend des résultats de ses propres actions. Avant de piloter le vrai appareil, deux agents d'IA ont été entraînés dans des environnements virtuels simulant les expériences et les analyses chromatographiques : 20 millions d'interactions pour l'un, 10 millions pour l'autre. Le robot pouvait ainsi choisir la durée d'une réaction, la température et l'intérêt de poursuivre une piste.

Portée et limites

Les chercheurs se sont concentrés sur l'organocatalyse asymétrique, qui permet d'obtenir des molécules à la géométrie spatiale définie, un enjeu pour la pharmacie, car des molécules images l'une de l'autre dans un miroir peuvent agir différemment dans l'organisme. L'une des réactions mène à un composé à chiralité axiale, trois permettent la synthèse d'allènes. Un résultat concerne la première fonctionnalisation énantiosélective d'un fragment appelé pyrrolopyrrole.

Les auteurs soulignent que le robot ne mène pas une recherche totalement autonome : des humains ont défini le périmètre, préparé les substrats, construit l'appareil et conçu l'analyse, et les produits ont nécessité une caractérisation supplémentaire. Le robot a travaillé sur un groupe de réactions à base d'acides phosphoriques chiraux ; rien ne dit qu'il serait aussi efficace ailleurs, et rien ne permet d'annoncer de futurs médicaments. L'intérêt est de confier aux machines les expériences répétitives et une partie du choix des essais suivants, pour libérer du temps de conception et d'interprétation.