Польский робот за 30 дней помог открыть четыре новые реакции

Робот из Института органической химии Польской академии наук в Варшаве 30 дней самостоятельно проводил эксперименты, анализировал результаты и выбирал следующие шаги. Он принял более 3000 решений, а анализ 100 отобранных реакций привёл к открытию четырёх ранее не описанных превращений с высокой энантиоселективностью.

Устройство создала команда под руководством д-ра Ярослава М. Гранды. Результаты опубликованы в Nature Communications. При этом 3000 — не число опытов: оно включает решения программы, например о дальнейшем изучении тех или иных условий. Речь не о новых элементах или веществах, а о новых способах проведения химических превращений.

Как устроена система

Основа — трёхосевой робот для перемещения жидкостей. Игла, соединённая со шприцевым насосом, берёт готовые растворы и помещает их во флаконы, держатели для которых напечатаны на 3D-принтере. Реакции идут при температуре от -40 до примерно 90 °C, состав смеси определяют хроматографией. Два аналитических модуля исследовали 40–50 смесей в сутки, в том числе ночью и в выходные.

Решения принимает алгоритм глубокого обучения с подкреплением. Прежде чем управлять реальной установкой, он обучался в двух виртуальных средах: первый ИИ-агент прошёл 20 млн взаимодействий, второй — 10 млн. Робот сам определял, сколько длить реакцию, какую температуру задать и стоит ли продолжать выбранное направление.

Значение для фармацевтики

Исследование касалось асимметрического органокатализа — получения молекул с заданной пространственной структурой. Некоторые соединения существуют в двух зеркальных формах, которые в организме могут действовать по-разному, поэтому контроль их образования важен при разработке лекарств. Одно из найденных превращений даёт соединение с осевой хиральностью, три других позволяют синтезировать аллены. Один из результатов — первая энантиоселективная функционализация фрагмента молекулы, называемого пирролопирролом.

Авторы подчёркивают, что робот не ведёт полностью независимых исследований: люди задали область поиска, подготовили исходные вещества, построили установку и разработали метод анализа, а продукты потребовали дополнительной характеризации. Система работала с группой реакций на основе хиральных фосфорных кислот, и неизвестно, справится ли она с другими процессами. Оснований полагать, что открытия вскоре приведут к новым лекарствам, тоже нет. Тем не менее химики могут поручить машине повторяющиеся опыты и часть решений, а самим заняться планированием исследований и интерпретацией результатов.