Des chimistes de l'Université d'Amsterdam (UvA) ont développé un robot de synthèse chimique autonome doté d'une unité d'apprentissage automatique intégrée pilotée par l'IA. Surnommé « RoboChem », cet appareil de paillasse peut surpasser un chimiste humain en termes de vitesse et de précision tout en faisant preuve d'un haut niveau d'ingéniosité.
En tant que premier du genre, il pourrait accélérer considérablement la découverte chimique de molécules destinées à des applications pharmaceutiques et à de nombreuses autres applications. Les premiers résultats de RoboChem sont publiés dans la revue Science .
RoboChem a été développé par le groupe du professeur Timothy Noël de l'Institut Van 't Hoff des sciences moléculaires de l'UvA. Leur article montre que RoboChem est un chimiste précis et fiable qui peut effectuer diverses réactions tout en produisant des quantités minimales de déchets.
Travaillant de manière autonome 24 heures sur 24, le système fournit des résultats rapidement et sans relâche. Noël a déclaré:"En une semaine, nous pouvons optimiser la synthèse d'environ dix à vingt molécules. Cela prendrait plusieurs mois à un doctorant." Le robot fournit non seulement les meilleures conditions de réaction, mais fournit également les paramètres nécessaires à la mise à l'échelle.
"Cela nous permet de produire des quantités directement pertinentes pour les fournisseurs de l'industrie pharmaceutique, par exemple."
Le « cerveau » de RoboChem
L'expertise du groupe Noël réside dans la « chimie en flux », une nouvelle façon de réaliser la chimie où un système de petits tubes flexibles remplace les béchers, flacons et autres outils de chimie traditionnels.
Dans RoboChem, une aiguille robotique collecte soigneusement les matières premières et les mélange en petits volumes d’un peu plus d’un demi-millilitre. Ceux-ci circulent ensuite à travers le système de tubulures vers le réacteur. Là, la lumière de puissantes LED déclenche la conversion moléculaire en activant un photocatalyseur inclus dans le mélange réactionnel.
Le flux se poursuit ensuite vers un spectromètre RMN automatisé qui identifie les molécules transformées. Ces données sont renvoyées en temps réel à l'ordinateur qui contrôle RoboChem.
"C'est le cerveau derrière RoboChem", explique Noël. "Il traite les informations à l'aide de l'intelligence artificielle. Nous utilisons un algorithme d'apprentissage automatique qui détermine de manière autonome les réactions à effectuer. Il vise toujours le résultat optimal et affine constamment sa compréhension de la chimie."
Ingéniosité impressionnante
Le groupe a déployé beaucoup d'efforts pour justifier les résultats de RoboChem. Toutes les molécules désormais incluses dans l’article scientifique ont été isolées et vérifiées manuellement. Noël dit que le système l'a impressionné par son ingéniosité.
"Je travaille sur la photocatalyse depuis plus d'une décennie maintenant. Pourtant, RoboChem a montré des résultats que je n'aurais pas pu prédire. Par exemple, il a identifié des réactions qui ne nécessitent que très peu de lumière. Parfois, j'ai dû gratter ma tête pour comprendre ce qu'il a fait. Vous vous demandez alors :aurions-nous fait de la même manière ? Rétrospectivement, vous voyez la logique de RoboChem. Mais je doute que nous aurions obtenu les mêmes résultats nous-mêmes ou pas aussi rapidement, du moins. ."
Les chercheurs ont également utilisé RoboChem pour reproduire des recherches antérieures publiées dans quatre articles sélectionnés au hasard. Ils ont ensuite déterminé si Robochem produisait les mêmes résultats, voire de meilleurs résultats.
"Dans environ 80 % des cas, le système a produit de meilleurs rendements. Pour les 20 % restants, les résultats ont été similaires", explique Noël. "Cela ne me laisse aucun doute sur le fait qu'une approche assistée par l'IA sera bénéfique à la découverte chimique au sens le plus large possible."
Percées en chimie grâce à l'IA
Selon Noël, la pertinence de RoboChem et d'autres produits chimiques « informatisés » réside également dans la génération de données de haute qualité, qui bénéficieront à l'utilisation future de l'IA.
"Dans la découverte chimique traditionnelle, seules quelques molécules font l'objet de recherches approfondies. Les résultats sont ensuite extrapolés à des molécules apparemment similaires. RoboChem produit un ensemble de données complet et exhaustif dans lequel tous les paramètres pertinents sont obtenus pour chaque molécule individuelle. Cela fournit beaucoup plus d'informations."
Une autre particularité est que le système enregistre également les données « négatives ». Dans la pratique scientifique actuelle, la plupart des données publiées ne reflètent que des expériences réussies. "Une expérience ratée fournit également des données pertinentes", explique Noël.
"Mais cela ne peut être trouvé que dans les notes manuscrites de laboratoire des chercheurs. Celles-ci ne sont pas publiées et donc indisponibles pour la chimie basée sur l'IA. RoboChem va également changer cela. Je n'ai aucun doute que si vous voulez faire des percées en chimie avec l'IA, , vous aurez besoin de ce genre de robots."
Plus d'informations : Aidan Slattery et al, Auto-optimisation automatisée, intensification et mise à l'échelle de la photocatalyse en flux, Science (2024). DOI :10.1126/science.adj1817. www.science.org/doi/10.1126/science.adj1817
Informations sur le journal : Sciences
Fourni par l'Université d'Amsterdam
