Un robot de síntesis autónomo utiliza la IA para acelerar los descubrimientos químicos

Ingenio impresionante

30.01.2024

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Químicos de la Universidad de Ámsterdam (UVA) han desarrollado un robot autónomo de síntesis química con una unidad integrada de aprendizaje automático basado en IA. Bautizado como "RoboChem", este dispositivo de sobremesa puede superar a un químico humano en velocidad y precisión, además de mostrar un alto nivel de ingenio. Al ser el primero de su clase, podría acelerar considerablemente el descubrimiento químico de moléculas para aplicaciones farmacéuticas y muchas otras. Los primeros resultados de RoboChem se publicaron el 25 de enero en la revista Science.

RoboChem ha sido desarrollado por el grupo del profesor Timothy Noël, del Instituto Van 't Hoff de Ciencias Moleculares de la Universidad de Virginia. Su trabajo demuestra que RoboChem es un químico preciso y fiable que puede llevar a cabo diversas reacciones produciendo cantidades mínimas de residuos. El sistema trabaja de forma autónoma las 24 horas del día y ofrece resultados de forma rápida e incansable. Noël: "En una semana podemos optimizar la síntesis de unas diez o veinte moléculas. A un estudiante de doctorado le llevaría varios meses". El robot no sólo proporciona las mejores condiciones de reacción, sino también los ajustes necesarios para la ampliación. Esto significa que podemos producir cantidades directamente relevantes para los proveedores de la industria farmacéutica, por ejemplo".

El "cerebro" de RoboChem

El grupo de Noël es experto en química de flujo, una novedosa forma de hacer química en la que un sistema de tubos pequeños y flexibles sustituye a los vasos de precipitados, los 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. A continuación, fluyen por el sistema de tubos hacia el reactor. Allí, la luz de unos potentes LED desencadena la conversión molecular activando un fotocatalizador incluido en la mezcla de reacción. El flujo continúa hacia un espectrómetro de RMN automatizado que identifica las moléculas transformadas. Estos datos se transmiten en tiempo real al ordenador que controla RoboChem. Es el cerebro de RoboChem", explica Noël. Procesa la información mediante inteligencia artificial. Utilizamos un algoritmo de aprendizaje automático que determina de forma autónoma qué reacciones hay que llevar a cabo. Siempre busca el resultado óptimo y perfecciona constantemente su comprensión de la química".

Ingenio impresionante

El grupo puso mucho empeño en corroborar los resultados de RoboChem. Todas las moléculas incluidas ahora en el artículo de Science se aislaron y comprobaron manualmente. Noël afirma que el sistema le ha impresionado por su ingenio: "Llevo más de una década trabajando en fotocatálisis. Aun así, RoboChem ha mostrado resultados que yo no habría sido capaz de predecir. Por ejemplo, ha identificado reacciones que requieren muy poca luz. A veces tenía que rascarme la cabeza para entender lo que había hecho. Entonces te preguntas: ¿lo habríamos hecho nosotros igual? En retrospectiva, ves la lógica de RoboChem. Pero dudo que nosotros hubiéramos obtenido los mismos resultados. O, al menos, no tan rápido".

Los investigadores también utilizaron RoboChem para replicar investigaciones anteriores publicadas en cuatro artículos seleccionados al azar. A continuación determinaron si Robochem producía los mismos resultados, o mejores. En aproximadamente el 80% de los casos, el sistema produjo mejores resultados. 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 químico en el sentido más amplio posible".

Avances en la química gracias a la IA

Según Noël, la relevancia de RoboChem y de otras formas de química "informatizada" reside también en la generación de datos de alta calidad, que beneficiará el uso futuro de la IA. En el descubrimiento químico tradicional sólo se investigan a fondo unas pocas moléculas. Después, los resultados se extrapolan a moléculas aparentemente similares. RoboChem produce un conjunto de datos completo y exhaustivo en el que se obtienen todos los parámetros relevantes de cada molécula. 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 los experimentos con éxito. Un experimento fallido también proporciona datos relevantes", afirma Noël. Pero sólo se encuentran en las notas de laboratorio manuscritas de los investigadores. No se publican y, por tanto, no están disponibles para la química con IA. RoboChem también cambiará esta situación. No me cabe duda de que si se quieren hacer avances en química con IA, se necesitarán este tipo de robots".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

Publicación original

Aidan Slattery, Zhenghui Wen, Pauline Tenblad, Jesús Sanjosé-Orduna, Diego Pintossi, Tim den Hartog, Timothy Noël; "Automated self-optimization, intensification, and scale-up of photocatalysis in flow"; Science, Volume 383

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