Robot de synthèse chimique autonome à IA : rafraîchir la vitesse de la découverte chimique et surpasser les chimistes humains en termes de précision et d'innovation

Éditeur | Cependant, la plupart des recherches actuelles se concentrent sur les réactions à petite échelle, tandis que la mise à l’échelle nécessite l’intégration de différentes techniques et peut nécessiter de nombreux essais et erreurs pour l’optimisation.

En réponse au besoin d'optimisation efficace des conditions complexes de réaction photocatalytique, l'équipe du professeur Timothy Noël de l'Institut Van 't Hoff des Sciences Moléculaires de l'Université d'Amsterdam (

UvA

) aux Pays-Bas a développé un système artificiel intégré machine intelligente Robot autonome de synthèse chimique pour unité d'apprentissage. Cet appareil de bureau, appelé « RoboChem », surpasse les chimistes humains en termes de vitesse et de précision, et possède un haut niveau d'ingéniosité.

RoboChem : une plateforme robotique de paillasse pour l'auto-optimisation, l'intensification et l'amplification des conversions photocatalytiques. (Source : article)

La recherche montre que RoboChem est un chimiste précis et fiable, capable d'effectuer efficacement une variété de réactions et de minimiser la génération de déchets. L'existence de RoboChem a considérablement accéléré la découverte de molécules chimiques dans les médicaments et dans d'autres domaines.

Le système est un robot qui fonctionne de manière autonome 24 heures sur 24, fournissant des résultats rapidement et sans relâche. Noël précise qu'en une semaine, le robot peut optimiser la synthèse d'une dizaine à une vingtaine de molécules, ce qui prendrait normalement plusieurs mois à un doctorant. En plus de fournir des conditions de réaction optimales, le robot propose également des paramètres de mise à l'échelle, nous permettant de produire des quantités directement pertinentes pour les fournisseurs de l'industrie pharmaceutique.

La recherche pertinente était intitulée « Automated self-optimization, intensification, and scale-up of photocatalysis in flow » et a été publiée dans « Science » le 26 janvier 2024.

Lien papier : https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj1817

Le « cerveau » de RoboChem

L'expertise de l'équipe de Noël est la « chimie de flux », une technologie de réactions chimiques effectué dans des fluides en écoulement continu. Les systèmes de tuyaux petits et flexibles remplacent les béchers, flacons et autres outils chimiques traditionnels.

Dans RoboChem, des aiguilles robotiques collectent soigneusement les matières premières et les mélangent en petits volumes d'un peu plus d'un demi-millilitre. Ils circulent ensuite dans le système de tuyauterie jusqu'au réacteur. Là, la lumière émise par de puissantes LED déclenche des transformations moléculaires en activant des photocatalyseurs dans le mélange réactionnel.

Le processus se poursuit ensuite vers un spectromètre RMN automatisé pour identifier les molécules converties. Ces données sont renvoyées en temps réel à l'ordinateur contrôlant le RoboChem.

«C'est le cerveau derrière RoboChem», explique Noël. "Il utilise l'intelligence artificielle pour traiter les informations. Nous utilisons des algorithmes d'apprentissage automatique pour déterminer de manière autonome les réactions à effectuer. Il vise toujours les meilleurs résultats et améliore continuellement sa compréhension de la chimie." divers réactifs et mélangez-les habilement pour créer une solution réactionnelle. (Source : UvA)

Ingéniosité impressionnante

L'équipe a déployé beaucoup d'efforts pour confirmer les résultats de RoboChem. Toutes les molécules incluses dans le document ont été isolées et examinées manuellement. Noël s'est dit impressionné par l'ingéniosité du système.

"Je fais des recherches sur la photocatalyse depuis plus d'une décennie. Pourtant, RoboChem montre des résultats que je ne pouvais pas prédire. Par exemple, il a découvert des réactions qui nécessitent très peu de lumière. Parfois, je dois me gratter la tête pour essayer de comprendre. Qu'est-ce que cela fait ? Et puis vous vous demandez : ferions-nous la même chose ? Avec le recul, vous pouvez voir la logique de RoboChem, mais je doute que nous obtenions les mêmes résultats nous-mêmes, ou du moins pas aussi rapidement.

Les chercheurs ont également utilisé RoboChem pour reproduire des recherches précédemment publiées dans quatre articles sélectionnés au hasard. Ils ont ensuite déterminé si Robochem produisait des résultats identiques ou meilleurs.

« Dans environ 80 % des cas, le système a produit de meilleurs rendements. Pour les 20 % des cas restants, les résultats ont été similaires », précise Noël. "Cela ne me laisse aucun doute sur le fait que les méthodes assistées par l'IA bénéficieront à la découverte chimique au sens le plus large

."

RoboChem est basé sur les principes de la chimie en flux. La réaction a lieu dans un volume de seulement 650 µl circulant dans le petit tube. (Source : UvA)

Percée de l'intelligence artificielle en chimie

La pertinence de RoboChem et d'autres produits chimiques « informatisés » réside également dans la génération de données de haute qualité, a déclaré Noël, qui bénéficieront à l'utilisation future de l'intelligence artificielle.

「Dans la découverte chimique traditionnelle, seules quelques molécules sont étudiées de manière approfondie. Les résultats sont ensuite extrapolés à des molécules apparemment similaires et génèrent un ensemble de données complet et complet où tous les paramètres pertinents sont obtenus pour chaque molécule.

Une autre particularité est que le système enregistre également les données « négatives ». Dans la pratique scientifique actuelle, la plupart des données publiées ne reflètent que des expériences réussies. "Les expériences ratées fournissent également des données pertinentes", a déclaré Noël.

« Mais cela ne peut être trouvé que dans les notes de laboratoire manuscrites des chercheurs. Ces notes ne sont pas encore publiées et ne peuvent donc pas être utilisées pour la chimie pilotée par l'IA. RoboChem changera également cela si vous souhaitez les utiliser. intelligence artificielle À mesure que l'intelligence fait des percées en chimie, vous aurez besoin de ce type de robots.

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