• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
16.03.2023
Даниил Сухинов
1
1 432

Разработана самоуправляемая лаборатория с ИИ, многократно ускоряющая химические исследования

6.3

Группа американских исследователей в области химической инженерии разработала самоуправляемую лабораторию, способную выявлять и оптимизировать сложные многоступенчатые пути реакций для синтеза как новых, так и уже известных материалов и молекул. Во время демонстрации концепции система под управлением нейронной сети нашла более эффективный способ производства высококачественных полупроводниковых нанокристаллов, которые используются в оптических и фотонных устройствах.

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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 08:19
Дарья Г.

В центре далекой галактики OJ 287 находятся две черные дыры, одна из которых в сотню раз больше другой. В 2021 году астрономы подтвердили существование пары по изменению яркости объекта. Теперь же ученым удалось доказать, что источником той необычной вспышки была именно малая черная дыра.

Вчера, 12:22
Алиса Гаджиева

Авторы нового междисциплинарного исследования выяснили, как распределялись ресурсы в сообществе земледельцев и скотоводов одной из альпийских долин семь тысяч лет назад.

Позавчера, 11:12
Александр Березин

Нынешняя версия крупнейшего носителя SpaceX вдвое мощнее «Сатурна-5», самой мощной ракеты прошлого. Однако документ Федерального управления гражданской авиации США показал, что Илон Маск планирует серьезно нарастить разрыв. Попутно у его ракеты значительно увеличится количество двигателей в обеих ступенях, в итоге она станет выше высочайшей пирамиды на земле.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

11 июня
Андрей

Китайские палеонтологи обнаружили образцы самых больших моллюсков, живших после Великого вымирания. Их гигантский размер говорит о том, что брюхоногие интенсивнее и быстрее восстановились в росте после массовой гибели. До этого подобные свидетельства находили в ладинском ярусе, а сейчас в анизийском.

12 июня
Александр Березин

Глава подразделения NASA по системам исследования Луны объяснила ранее неизвестное публике условие для высадки людей на спутнике Земли в сентябре 2026 года. Скептики оценили это заявление как стремление Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США переложить ответственность за срыв сроков лунной высадки на кого-то еще.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

Zhe Sh
16.03.2023
-
0
+
Надо этот ИИ подключить к проблеме абиогенеза. Человеческому разуму она, похоже, не по плечу.
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: