Pesquisadores de química da Universidade de Amsterdã criaram um robô automatizado de síntese química equipado com um sistema de aprendizado de máquina de inteligência artificial, denominado "RoboChem". Este instrumento de laboratório compacto supera os químicos humanos em velocidade e precisão, ao mesmo tempo que exibe um alto grau de engenhosidade. Sendo o primeiro deste tipo, poderia acelerar significativamente a descoberta química de moléculas para produtos farmacêuticos e muitas outras aplicações, e os primeiros resultados do RoboChem foram publicados recentemente na revista Science.
RoboChem foi desenvolvido pelo grupo de pesquisa do professor Timothy Noël no Instituto Van't Hoff de Ciências Moleculares da Universidade da Virgínia. O artigo deles mostra que RoboChem é um químico preciso e confiável que pode realizar uma variedade de reações enquanto produz quantidades mínimas de resíduos. O sistema funciona de forma autônoma 24 horas por dia, entregando resultados de forma rápida e incansável.
“Em uma semana, conseguimos otimizar a síntese de cerca de dez a vinte moléculas, o que levaria vários meses para um estudante de doutorado”, diz Noël. "O robô não apenas obtém condições de reação ideais, mas também fornece uma configuração para aumento de escala. Isso significa que podemos produzir quantidades que são diretamente relevantes para os fornecedores da indústria farmacêutica."
O grupo de pesquisa de Noël é especializado em química de fluxo, uma nova abordagem química que substitui béqueres, frascos e outras ferramentas químicas tradicionais por sistemas flexíveis de pequenos tubos. No RoboChem, uma agulha mecânica coleta cuidadosamente os materiais iniciais e os mistura em pequenos volumes de pouco mais de meio mililitro.
Estes então fluem para o reator através de um sistema de tubulação. Lá, a luz dos LEDs de alta potência desencadeia transformações moleculares ativando fotocatalisadores na mistura de reação. O fluxo óptico continua então para um espectrômetro de RMN automatizado para identificar as moléculas convertidas. Esses dados são enviados em tempo real para o computador que controla o RoboChem.
"Este é o cérebro da RoboChem. Ele usa inteligência artificial para processar informações. Usamos um algoritmo de aprendizado de máquina que decide de forma autônoma quais reações realizar. Ele está sempre buscando os melhores resultados e melhorando constantemente sua compreensão da química", diz Noël.
Para confirmar os resultados da RoboChem, a equipe de pesquisa fez grandes esforços. Todas as moléculas incluídas nos artigos científicos foram isoladas e examinadas manualmente.
Noël disse que ficou impressionado com a engenhosidade do sistema: "Tenho trabalhado em fotocatálise há mais de dez anos. Mesmo assim, o RoboChem mostrou resultados que eu não poderia ter previsto. Por exemplo, ele encontrou reações que requerem muito pouca luz. Às vezes tenho que coçar a cabeça e me perguntar o que exatamente ele faz. E então você pensa, faríamos a mesma coisa? Olhando para trás agora, você entende a lógica do RoboChem. Mas duvido que teríamos alcançado os mesmos resultados nós mesmos. Pelo menos não é assim em breve'.
Os pesquisadores também usaram o RoboChem para replicar descobertas publicadas anteriormente em quatro artigos selecionados aleatoriamente. Eles então determinaram se a Robochem produzia resultados iguais ou melhores. Cerca de 80% das vezes, o sistema produziu melhores resultados. Noël disse: “Nos outros 20 por cento dos casos os resultados foram semelhantes. Isto não me deixa dúvidas de que os métodos assistidos por IA beneficiarão a descoberta química no sentido mais amplo. "
O objetivo do RoboChem e de outros produtos químicos "computadorizados" também é gerar dados de alta qualidade que beneficiarão futuras aplicações de inteligência artificial. Na descoberta química tradicional, apenas algumas moléculas são estudadas em profundidade. Os resultados são então extrapolados para moléculas aparentemente semelhantes. Os conjuntos de dados gerados pelo RoboChem são completos e abrangentes, nos quais estão disponíveis todos os parâmetros relevantes para cada molécula. Isso fornece mais informações.
Outra característica é que o sistema RoboChem também pode registrar dados “negativos”. Na prática científica atual, a maioria dos dados publicados reflete apenas experiências bem-sucedidas. Experimentos fracassados também podem fornecer dados relevantes. Mas esses dados só podem ser encontrados nas notas experimentais manuscritas dos pesquisadores. Esses dados não são publicados publicamente e, portanto, não podem ser usados para pesquisas químicas baseadas em IA, e a RoboChem mudará isso.
Fonte compilada: ScitechDaily