• Виктор
  • Статьи
  • 1 мин. чтения

Разработана самоуправляемая лаборатория с ИИ, многократно ускоряющая химические исследования


Наглядная иллюстрация понятия «проклятие размерности» / © Volk A.A., et al., Nature Communications, 2023 / Автор: Telestis Scaevinius

Многоступенчатый синтез химических соединений — по-настоящему трудоемкая область научных исследований. Нередко, чтобы разработать новый целевой материал или оптимизировать метод синтеза определенного химического вещества, требуется труд десятков специалистов на протяжении нескольких лет. При этом ученые сталкиваются с так называемым проклятием размерности: чем больше стадий и реагентов в реакции, тем экспоненциально больше времени уходит на перебор всех возможных параметров этой реакции — комбинаций и соотношений объемов и концентраций реагентов, времени их взаимодействия и так далее.

Поэтому вполне логичным направлением исследований стало использование методов машинного обучения с автоматизированными методами постановки экспериментов в химии и материаловедении, что привело к созданию «самоуправляемых лабораторий» (self-driving labs, SDL). Такие системы, управляемые нейросетевыми алгоритмами, способны исследовать и решать проблемы химии и материаловедения с невероятными скоростью и эффективностью. Нейронные сети здесь применяются для правильной обработки данных предыдущего эксперимента и выбора оптимальных параметров для постановки следующего.

Ранее созданные концепции SDL, включая целые лабораторные помещения, интегрированные с робототехникой и микрожидкостными реакционными системами, остаются узкоспециализированными под решение задач с хорошо изученными ограниченными пространствами параметров. Чтобы SDL получили действительно широкое распространение, технологии должны преодолеть два основных барьера при работе со сложными многостадийными химическими процессами: то самое проклятие размерности и нехватку данных.

Группа американских исследователей из Университета штата Северная Каролина и Университета Буффало попыталась решить эти проблемы и разработала AlphaFlow — SDL под управлением нейронной сети, обучающейся по методу обучения с подкреплением. Кроме того, AlphaFlow включает в себя модульные блоки обработки жидкости — высокоэффективные проточные микрофлюидные реакторы. Подробное описание своей разработки ученые изложили в статье, опубликованной в журнале Nature Communications

Краткая схема работы AlphaFlow / © Volk A.A., et al., Nature Communications, 2023

По словам авторов, AlphaFlow способна автономно и независимо исследовать, учиться и оптимизировать многоступенчатые реакции со сложностью пространства параметров, превышающей 40 измерений, в отличие от применяемых ранее хемоинформатических и ретросинтетических методов планирования экспериментов. В качестве демонстрации возможностей AlphaFlow изучила и оптимизировала последовательность реакций для синтеза квантовых точек с ядром из селенида кадмия и оболочкой из сульфида кадмия без какой-либо предварительной подготовки и знаний даже о правильной последовательности добавления реагентов.

«Мы показали, что AlphaFlow может проводить больше экспериментов, чем 100 химиков, за тот же период времени, при этом используя менее 0,01% соответствующих химикатов. Он эффективно миниатюризирует и ускоряет эксперименты, выполняет те же лабораторные операции, для которых потребовалась бы целая лаборатория экспериментальной химии. И все это — на платформе размером с чемодан. Чрезвычайно эффективно», — отметил последний автор статьи Милад Абольхасани (Milad Abolhasani), профессор химической и биомолекулярной инженерии в Университете штата Северная Каролина.

AlphaFlow имеет открытый исходный код, поскольку ученые считают важным делиться высококачественными, воспроизводимыми и стандартизированными экспериментальными данными — и удачными, и неудачными.

Сейчас исследователи ищут партнеров как в научном сообществе, так и в частном секторе, чтобы начать использовать AlphaFlow для решения широкого круга химических задач.


Source: https://oaoo.ru/nauka/razrabotana-samoypravliaemaia-laboratoriia-s-ii-mnogokratno-yskoriaushaia-himicheskie-issledovaniia.html

Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
guest

Примесь углерода резко улучшила электропроводность меди

Материаловед Сяо Ли держит в руках образцы медно-графеновой проволоки / © Pacific Northwest National Laboratory / Автор: Екатерина...

Сингапурские ученые создали «многоразовую» бумагу из пыльцы растений

©Dmitry Djouce, Flickr / Автор: Татьяна Соловьёва Несмотря на повсеместное распространение компьютеров и электронного документооборота, человечество по-прежнему расходует...

Создана краска, охлаждающая дома летом и согревающая зимой

Предметы, покрытые новыми красками / ©Yucan Peng et al / Автор: Messiena Lucretius На отопление и охлаждение помещений...

«Алюминий — это новая сталь»: ученые нашли способ сделать металл прочнее

«Алюминий — это новая сталь»: ученые нашли способ сделать металл прочнее / Автор: Cloelia Andronicus Добавив в расплав...

Химики из «Сколтеха» объяснили стабильность углеводородов «магией»

«Карта» стабильности углеводородов. По осям координат отмечено количество атомов в молекуле (n — углерода, m — водорода), высота...

Созданы магнитные «нанокатушки», разрушающие пластик в океане

©Wikipedia / Автор: Ирина Мельникова Ежегодно в океан попадает до 14 миллионов тонн пластика, 40 процентов из которых...

Цианид мог сыграть ключевую роль в появлении жизни на Земле

Возможно так выглядела наша планета четыре миллиарда лет назад — бледно-оранжевая точка / ©NASA/Goddard Space Flight Center/Francis Reddy...

Европейские химики получили новую форму углерода

В верхней части иллюстрации – схема новой кристаллической структуры, в нижней – ее снимок, сделанный электронным микроскопом /...

Швейцарские ученые получили «пластиковое золото»

©Peter Rüegg, ETH Zurich / Автор: Visellia Orfius «Любители золотых часов и массивных ювелирных изделий будут взволнованы, —...

Ученые впервые заставили микробы синтезировать аминокислоту с помощью электричества

В небольших лабораторных биореакторах ученые смогли отследить электросинтез бактерий / ©Ronja Münch / Leibniz-HKI / Автор: Godefridus Victorinus...

Новый материал улавливает углекислый газ винтообразными порами

©Wikipedia / Автор: Анастасия Кожевникова Одним из последних достижении в создании пористых материалов стало появление металл-органических каркасных структур...

Созданы микророботы, удаляющие радиоактивные отходы

Новые микророботы удалят радиоактивное загрязнение / Автор: Андрей Чернов Ядерная энергетика — на сегодня один из наиболее эффективных...

Криминалисты научились определять отпечатки пальцев, оставленные на бумаге до и после печати

©Loughborough University / Автор: Ирина Мельникова Если отпечатки пальцев подозреваемого обнаружили на важном для дела документе, ловкий преступник...

Определены реакции, способные зародить жизнь на других планетах

Описание типов реакций и условий, необходимых для их самоподдерживающегося воспроизведения (автокатализа), могло бы расширить область поиска жизни на...

Ученые получили возможность разглядывать вещества при недостижимых ранее условиях

Образец бидоменного ниобата лития / Автор: Павел Сорокин Прогнозы о конкретных результатах разработки строить пока рано, поскольку никто...

Новый способ стабилизации материалов при помощи графеновой матрицы сможет помочь двумерным материалам войти в состав квантовых компьютеров

Двумерный материал на основе оксида меди / ©Пресс-служба Сколтеха / Автор: Татьяна Соловьёва Исследуемые материалы — одни из основных кандидатов...

Ученые разгадали загадку кристаллической структуры калаверита и предсказали новое соединение золота

Редкий минерал калаверит / ©Википедия / Автор: Артем Фомин Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале PNAS. Калаверит —...

Создан гель для предотвращения лесных пожаров

©Wikipedia / Автор: Ирина Мельникова Лесные пожары — важная часть многих экосистем. Но столетия, в течение которых люди борются...

Химики разгадали 400-летнюю алхимическую загадку

Лысый алхимик, изображенный на картине фламандского живописца Давида Тенирса Младшего, XVII век / Автор: Visellia Orfius Алхимики впервые...

Создан «самый черный» материал на сегодняшний день

©Wikipedia / Автор: Sycophanta Duccius Предыдущий рекорд принадлежал материалу под названием vantablack. Он состоит из вертикально выровненных углеродных...