Químicos de la Universidad de Ámsterdam (UvA) han desarrollado un robot autónomo de síntesis química con una unidad de aprendizaje automático integrada impulsada por IA. Apodado "RoboChem", el dispositivo de mesa puede superar a un químico humano en términos de velocidad y precisión, al mismo tiempo que muestra un alto nivel de ingenio.
Al ser el primero de su tipo, podría acelerar significativamente el descubrimiento químico de moléculas para aplicaciones farmacéuticas y muchas otras. Los primeros resultados de RoboChem se publican en la revista Science .
RoboChem fue desarrollado por el grupo del Prof. Timothy Noël en el Instituto Van 't Hoff de Ciencias Moleculares de la UvA. Su artículo muestra que RoboChem es un químico preciso y confiable que puede realizar una variedad de reacciones mientras produce cantidades mínimas de desechos.
Al trabajar de forma autónoma las 24 horas del día, el sistema ofrece resultados de forma rápida e incansable. Noël dijo:"En una semana podemos optimizar la síntesis de entre diez y veinte moléculas. Esto le llevaría a un estudiante de doctorado varios meses". El robot no solo produce las mejores condiciones de reacción, sino que también proporciona la configuración para la ampliación.
"Esto significa que podemos producir cantidades que sean directamente relevantes para los proveedores de la industria farmacéutica, por ejemplo."
El 'cerebro' de RoboChem
La experiencia del grupo Noël se centra en la "química de flujo", una forma novedosa de realizar química en la que un sistema de tubos pequeños y flexibles reemplaza a los vasos de precipitados, matraces y otras herramientas químicas tradicionales.
En RoboChem, una aguja robótica recoge cuidadosamente los materiales de partida y los mezcla en pequeños volúmenes de poco más de medio mililitro. Luego estos fluyen a través del sistema de tuberías hacia el reactor. Allí, la luz de potentes LED desencadena la conversión molecular activando un fotocatalizador incluido en la mezcla de reacción.
Luego, el flujo continúa hacia un espectrómetro de RMN automatizado que identifica las moléculas transformadas. Estos datos se envían en tiempo real a la computadora que controla RoboChem.
"Éste es el cerebro detrás de RoboChem", afirma Noël. "Procesa la información utilizando inteligencia artificial. Usamos un algoritmo de aprendizaje automático que determina de forma autónoma qué reacciones realizar. Siempre apunta al resultado óptimo y perfecciona constantemente su comprensión de la química".
Impresionante ingenio
El grupo se esforzó mucho en corroborar los resultados de RoboChem. Todas las moléculas ahora incluidas en el artículo de Science fueron aisladas y verificadas manualmente. Noël dice que el sistema le ha impresionado por su ingenio.
"He estado trabajando en fotocatálisis durante más de una década. Aún así, RoboChem ha mostrado resultados que no habría podido predecir. Por ejemplo, ha identificado reacciones que requieren muy poca luz. A veces tuve que rascarme Mi cabeza para comprender lo que había hecho. Entonces te preguntas:¿lo habríamos hecho de la misma manera? En retrospectiva, ves la lógica de RoboChem, pero dudo que hubiéramos obtenido los mismos resultados nosotros mismos o al menos no tan rápido. ."
Los investigadores también utilizaron RoboChem para replicar investigaciones anteriores publicadas en cuatro artículos seleccionados al azar. Luego determinaron si Robochem produjo los mismos o mejores resultados.
"En aproximadamente el 80% de los casos, el sistema produjo mejores rendimientos. En el 20% restante, los resultados fueron similares", afirma Noël. "Esto no me deja ninguna duda de que un enfoque asistido por IA será beneficioso para el descubrimiento de sustancias químicas en el sentido más amplio posible".
Avances en química utilizando IA
Según Noël, la relevancia de RoboChem y otras químicas "informatizadas" también reside en la generación de datos de alta calidad, lo que beneficiará el uso futuro de la IA.
"En el descubrimiento químico tradicional, sólo se investigan a fondo unas pocas moléculas. Luego, los resultados se extrapolan a moléculas aparentemente similares. RoboChem produce un conjunto de datos completo y completo donde se obtienen todos los parámetros relevantes para cada molécula individual. Eso proporciona mucha más información".
Otra característica es que el sistema también registra datos "negativos". En la práctica científica actual, la mayoría de los datos publicados sólo reflejan experimentos exitosos. "Un experimento fallido también proporciona datos relevantes", afirma Noël.
"Pero esto sólo se puede encontrar en las notas de laboratorio escritas a mano por los investigadores. Estas no están publicadas y, por lo tanto, no están disponibles para la química impulsada por IA. RoboChem también cambiará eso. No tengo ninguna duda de que si se quieren lograr avances en la química con IA , necesitarás este tipo de robots."
Más información: Aidan Slattery et al, Autooptimización automatizada, intensificación y ampliación de la fotocatálisis en flujo, Ciencia (2024). DOI:10.1126/ciencia.adj1817. www.science.org/doi/10.1126/science.adj1817
Información de la revista: Ciencia
Proporcionado por la Universidad de Ámsterdam
