Польский робот с ИИ открыл четыре новые химические реакции

Автономный робот под управлением алгоритмов искусственного интеллекта, созданный в Институте органической химии Польской академии наук (IChO PAN), самостоятельно открыл четыре неизвестные ранее химические реакции. Устройство проводило лабораторные эксперименты и анализировало результаты на ходу, без участия человека. Работа опубликована в журнале «Nature Communications».

Автоматизация асимметрического органокатализа

Систему создали, чтобы ускорить многомесячные поиски в области химии, где хиральные молекулы получают с помощью органических катализаторов. Такие соединения существуют в двух зеркальных формах, энантиомерах, подобно левой и правой руке. Они могут совершенно по-разному взаимодействовать с молекулами организма, поэтому при разработке лекарств важно избирательно получать только нужную форму. Проверка результата одной энантиоселективной реакции обычно занимала у опытного химика несколько часов.

Автор конструкции — докторант IChO PAN Патрик Клоховиц. Робот перемещается по трём осям и переносит жидкости иглой, соединённой с дистанционно управляемым шприцевым насосом. В нём используются реакторы со штативами для пробирок, напечатанными на 3D-принтере, а также модули охлаждения и нагрева в диапазоне от минус 40 до примерно 90 градусов Цельсия. Два аналитических модуля на основе хроматографии позволяют исследовать 40–50 смесей в сутки. Робот работает без перерывов, в том числе ночью и по выходным.

Обучение с подкреплением и симуляции

Для управления применили глубокое обучение с подкреплением (deep reinforcement learning). Модуль ИИ задаёт температуру и время опытов, а по данным хроматографии определяет, образовался ли продукт и обладает ли он нужными хиральными свойствами. Перед запуском в реальной лаборатории алгоритмы обучались в двух симуляторах: первому агенту потребовалось около 20 миллионов взаимодействий со средой, второму — почти 10 миллионов попыток. По словам конструктора, в обычной лаборатории столько тестов выполнить невозможно.

Человек остаётся в центре

Автор проекта подчёркивает, что ИИ и автоматизация не заменят исследователей в выборе научных направлений: в поиске нового по-прежнему важны интуиция и абстрактное мышление. Тем не менее значительная часть рутинной лабораторной работы будет автоматизирована. Число теоретически возможных органических молекул, полезных для создания лекарств, оценивается в 10 в степени 60. Подобные системы должны помочь быстрее и безопаснее исследовать это огромное пространство.