Amsterdam Üniversitesi (UvA) kimyagerleri, entegre bir AI destekli makine öğrenimi birimine sahip otonom bir kimyasal sentez robotu geliştirdi. “RoboChem” olarak adlandırılan bu cihaz, hız ve doğruluk açısından bir insan kimyagerden daha iyi performans gösterirken aynı zamanda yüksek düzeyde yaratıcılık sergileyebiliyor.
Türünün ilk örneği olarak, farmasötik ve diğer birçok uygulama için moleküllerin kimyasal keşfini önemli ölçüde hızlandırabilir. RoboChem’in ilk sonuçları Science dergisinde yayımlandı.
RoboChem, UvA’nın Van ‘t Hoff Moleküler Bilimler Enstitüsü’nde Profesör Timothy Noël’in grubu tarafından geliştirildi. Yayımladıkları makale RoboChem’in minimum miktarda atık üretirken çeşitli reaksiyonları gerçekleştirebilen hassas ve güvenilir bir kimyager olduğunu gösteriyor.
Günün her saati otonom olarak çalışan sistem, hızlı ve yorulmadan sonuç veriyor. Noël, “Bir hafta içinde yaklaşık on ila yirmi molekülün sentezini optimize edebiliyoruz. Bu bir doktora öğrencisinin birkaç ayını alırdı.” Robot sadece en iyi reaksiyon koşullarını sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda ölçek büyütme için gerekli ayarları da sağlıyor.
“Bu, örneğin ilaç endüstrisi tedarikçileri için direkt olarak uygun miktarlarda üretim yapabileceğimiz anlamına geliyor.”
RoboChem’in “Beyni”
Noël grubunun uzmanlık alanı, küçük, esnek tüplerden oluşan bir sistemin beherlerin, şişelerin ve diğer geleneksel kimya araçlarının yerini aldığı yeni bir kimya uygulama alanı olan “akış (flow) kimyası “dır.
RoboChem’de robotik bir iğne başlangıç malzemelerini dikkatlice toplar ve bunları yarım mililitrenin biraz üzerinde küçük hacimlerde karıştırır. Bunlar daha sonra boru sisteminden reaktöre doğru akar. Burada, güçlü LED’lerden gelen ışık, reaksiyon karışımında bulunan bir fotokatalizörü aktive ederek moleküler dönüşümü tetikler.
Akış daha sonra dönüşen molekülleri tanımlayan otomatik bir NMR spektrometresine doğru devam eder. Bu veriler RoboChem’i kontrol eden bilgisayara gerçek zamanlı olarak geri gönderilir.
Noël, “Bu, RoboChem’in arkasındaki beyin” diyor. “Bilgileri yapay zeka kullanarak işliyor. Hangi reaksiyonların gerçekleştirileceğini otonom olarak belirleyen bir makine öğrenme algoritması kullanıyoruz. Her zaman en iyi sonucu hedefliyor ve kimya anlayışını sürekli olarak geliştiriyor.”
RoboChem ve Marifetleri
Grup, RoboChem’in sonuçlarını doğrulamak için çok çaba sarf etti. Şu anda Science makalesinde yer alan tüm moleküller izole edildi ve manuel olarak kontrol edildi. Noël, sistemin yaratıcılığıyla kendisini etkilediğini söylüyor.
“On yıldan uzun bir süredir fotokataliz üzerinde çalışıyorum. Yine de RoboChem benim tahmin edemeyeceğim sonuçlar gösterdi. Örneğin, sadece çok az ışık gerektiren reaksiyonları tespit etti. Zaman zaman ne yaptığını anlamak için kafamı kaşımak zorunda kaldım. O zaman merak ediyorsunuz: Biz de aynı şekilde yapabilir miydik? Geçmişe baktığınızda RoboChem’in mantığını görüyorsunuz. Ama aynı sonuçları bizim de elde edebileceğimizden şüpheliyim. Ya da en azından bu kadar çabuk değil.”
Araştırmacılar ayrıca RoboChem’i rastgele seçilen dört makalede yayımlanan önceki araştırmaları tekrarlamak için kullandılar. Daha sonra Robochem’in aynı ya da daha iyi sonuçları üretip üretmediğini belirlediler.
“Örneklerin yaklaşık %80’inde sistem daha iyi sonuçlar verdi. Diğer %20’sinde ise sonuçlar benzerdi,” diyor Noël. “AI destekli bir yaklaşımın mümkün olan en geniş anlamda kimyasal keşif için faydalı olacağını umuyorum.”
AI Sistemlerini Kullanmak Kimyada Çığır Açan Buluşlara Yol Açabilir
Noël’e göre RoboChem ve diğer “bilgisayarlı” kimyanın önemi, AI sistemlerinin gelecekteki kullanımına fayda sağlayacak yüksek kaliteli verilerin üretilmesinde de yatıyor.
“Geleneksel kimyasal keşif çalışmalarında sadece birkaç molekül derinlemesine araştırılır. Sonuçlar daha sonra görünüşte benzer moleküllere ekstrapole edilir. RoboChem, her bir molekül için ilgili tüm parametrelerin elde edildiği eksiksiz ve kapsamlı bir veri seti sunuyor”
Sistemin bir başka özelliği de “negatif” verileri de kaydetmesi. Mevcut bilimsel uygulamada, yayımlanan verilerin çoğu yalnızca başarılı deneyleri yansıtıyor. Noël, “Başarısız bir deney de ilgili veriler sağlar”.
“Ancak bu sadece araştırmacıların el yazısı laboratuvar notlarında bulunabilir. Bunlar yayımlanmıyor ve dolayısıyla AI destekli kimya için kullanılamıyor. RoboChem bunu da değiştirecek. AI ile kimyada çığır açmak istiyorsanız, bu tür robotlara ihtiyacınız olacağından hiç şüphem yok.” [1]“Autonomous synthesis robot uses AI to speed up chemical discovery” yazısından çevrilmiştir.
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | “Autonomous synthesis robot uses AI to speed up chemical discovery” yazısından çevrilmiştir. |
|---|
