• 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

Разработан простой процесс получения экологичного дезинфектанта из воды

Схема установки, предложенной учеными / © Murray, Voskian, Surendranath et al., Joule, 2019 / Автор: Ольга Кузьмина Пероксид...

Золото меняет фотолюминесценцию кремниевых квантовых точек

Золотой самородок / ©bkjournal.org / Автор: Cloelia Andronicus Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports. Кремниевые квантовые точки имеют...

Найдена причина выброса рутения в 2017 году

©Wikipedia / Автор: Visellia Orfius После аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году ученые поняли, что необходимо размещать станции мониторинга...

Химики предложили хранить информацию в виде цветных светящихся точек

Пример записи информации. / © American Chemical Society / Автор: Андрей Чернов Современные устройства для хранения данных —...

Астероиды и водород могли создать на Марсе благоприятные для жизни условия

©Wikipedia / Автор: Ptolemocratia Acerronius Новое исследование показало, что удары астероидов по древнему Марсу могли произвести ключевые ингредиенты...

Пористые твердые кислоты превратят углекислый газ воздуха в топливо

©Exxentis / Автор: Cloelia Andronicus В последние годы химическая промышленность с все большим интересом присматривается к твердым кислотам....

Ученые показали, как работает трюк с колой и Mentos на разных высотах над уровнем моря

Простой химический трюк все еще много может расказать ученым / © Gipher / Автор: Ольга Кузьмина Добавление мятных...

Химики раскрыли еще один секрет скрипок Страдивари

Страдивари на гравюре XIX века / ©Wikimedia Commons / Автор: Lampronia Auxilius Антонио Страдивари из Кремоны считается непревзойденным...

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...

Описан механизм разрушения дисульфидной S-S связи в соединениях палладия с серосодержащими биомолекулами

Палладий / ©promdevelop.ru / Автор: Татьяна Соловьёва При диспропорционировании один и тот же элемент отдает и принимает электроны,...

Свежо и экологично: ученые разработали пищевые датчики на основе бумаги и графена

Новые датчики можно легко разрезать ножницами, добиваясь нужного размера, и просто утилизировать / © 10.1016/j.apmt.2022.101589 / Автор: Pinaria...

Химики из «Сколтеха» объяснили стабильность углеводородов «магией»

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

Эксперимент показал, как живые новогодние деревья влияют на состав воздуха в комнате

Обычную елку поместили в герметичную камеру на 17 дней, чтобы отслеживать и измерять выделяемые ею химические вещества /...

Химики научились разрушать «вечные» фторорганические соединения

Покрытие из PFAS делает некоторые ткани водозащитными / ©Brocken Inaglory, Wikimedia Commons / Автор: Euclio Drusus Многие фторорганические...

Ученые СФУ синтезировали и охарактеризовали два новых комплекса барбитуровой кислоты

Ученые СФУ синтезировали и охарактеризовали два новых комплекса барбитуровой кислоты / Автор: Иван Беляев Их химические свойства окажутся...

Созданы магнитные «нанокатушки», разрушающие пластик в океане

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

Углеродные нанотрубки смогли превратить тепло в свет

©Wikipedia / Автор: Татьяна Соловьёва Инфракрасное излучение — компонент солнечного света, который переносит тепло, но это лишь небольшая...

Стали известны имена лауреатов Нобелевской премии по химии — 2019

©Wikipedia / Автор: Андрей Чернов Нобелевский комитет Королевской шведской академии наук определил, кто из ученых получит Нобелевскую премию...

В Ратгерском университете разработали катализаторы, способные превращать углекислый газ в пластмассу

©Wikipedia / Автор: Caristania Fabricius Два продукта, созданные исследователями, — метилглиоксаль (C3) и 2,3-фурандиол (C4) — могут использоваться...

Метаанализ впервые подтвердил связь между содержанием лития в питьевой воде и суицидами

Что дает нам питьевая вода? / Unsplash / Автор: Владимир Богданов Литий — не только важный компонент аккумуляторных...