Polijas zinātnieku robots ar MI 30 dienās atklāj četras jaunas ķīmiskās reakcijas

Polijas Zinātņu akadēmijas Organiskās ķīmijas institūta (IChO PAN) pētnieki Varšavā izveidojuši robotizētu laboratorijas platformu, kas pati veic eksperimentus, analizē to rezultātus un izlemj, ko pārbaudīt tālāk. 30 dienu ilgā izmēģinājumā sistēma pieņēma vairāk nekā 3000 lēmumu un atklāja četras jaunas, augsti enantioselektīvas ķīmiskās pārvērtības. Pētījums oktobrī publicēts žurnālā Nature Communications, bet plašāku uzmanību Polijas medijos tas guvis tagad.

Pētījums skar tā saukto asimetrisko organokatalīzi. Daudzas molekulas pastāv divos spoguļattēla variantos, kas līdzinās kreisajai un labajai rokai: tās izskatās vienādi, taču organismā var iedarboties atšķirīgi. Tāpēc zāļu ražošanā ir svarīgi iegūt tikai vienu no šiem variantiem. Pēc institūta sniegtās informācijas, pieredzējušam ķīmiķim vienas šādas reakcijas rezultāta pārbaude konkrētos apstākļos parasti aizņem vairākas stundas.

Platformas pamatā ir šķidrumu pārvietošanas robots, kas kustas trīs asīs un ar adatu un šļirces sūkni iepilda reaģentu šķīdumus pudelītēs. Reakcijas var notikt temperatūrā no -40 līdz aptuveni 90 grādiem pēc Celsija, bet maisījumus pēc tam analizē hromatogrāfijas moduļi. Ar diviem šādiem moduļiem dienā varēja izanalizēt 40–50 maisījumus, un iekārta strādāja arī naktīs un brīvdienās.

Lēmumus pieņem algoritms, kas balstīts uz dziļo stimulētās mācīšanās metodi. Pirms to pieslēdza īstajam robotam, pētnieki to apmācīja simulētās vidēs jeb ķīmisko reakciju digitālajā dvīnī. Pēc Polijas zinātnes ziņu dienesta Nauka w Polsce datiem, viena MI aģenta apmācībai bija vajadzīgi 20 miljoni mijiedarbību ar simulāciju, otram 10 miljoni. Laboratorijā sistēma pati noteica reakcijas laiku un temperatūru, vērtēja, vai produkts izveidojies un vai tas ir hirāls, un izlēma, vai virziens ir pētīšanas vērts.

Pārbaudot 100 reakcijas ar hirālo fosforskābju katalizatoriem, robots atrada četras jaunas pārvērtības. Viena no tām dod molekulu ar aksiālu hiralitāti, bet trīs ir allēnu sintēzes, tostarp viena, kurā enantioselektīvi tiek modificēts pirolopirola fragments. Darbu finansēja Polijas akadēmiskās apmaiņas aģentūra un Polijas Nacionālais zinātnes centrs.

Paši autori uzsver, ka robots nestrādā pilnīgi patstāvīgi. Meklēšanas jomu noteica cilvēki, viņi sagatavoja vielas, uzbūvēja aparatūru un pārbaudīja atrastos produktus. Pagaidām nav zināms, vai pieeja tikpat labi darbosies ar pavisam citu veidu reakcijām, un nekas neliecina, ka atklātās pārvērtības jau tuvākajā laikā novedīs pie jaunām zālēm. Pētnieki to vērtē kā veidu, kā uzticēt mašīnai atkārtotus eksperimentus un daļu lēmumu, lai ķīmiķiem paliktu vairāk laika jaunu pētījumu virzienu izstrādei.