Робот-химик кристаллизует лучше людей

А.И. Курамшин

pic_2017_09_17.jpg

Схема эксперимента, в котором условия кристаллизации подбирали человек, робот и (для контроля) случайность

Роботы не только аккуратны и добросовестны, они могут состязаться с людьми и в решении экспериментальных задач. По крайней мере, тех, что связаны с разработкой методов дизайна и кристаллизации гигантских самоорганизующихся молекул. В ближайшем (а возможно, и в отдаленном) будущем роботы не заменят живых химиков, однако они способны помочь людям действовать нестандартно и уменьшить значение систематической ошибки экспериментов («Angewandte Chemie, Int. Ed.», 2017, doi: 10.1002/anie.201705721).

Исследователи из группы Ли Кронина Университета Глазго разработали алгоритм, управляющий подачей растворителей и растворов исходных веществ в реактор, где проводились эксперименты по кристаллизации гигантских полиоксометаллатов. Затем началось соревнование между группой Кронина и роботом. Обоим участникам конкурса предоставили одинаковые исходные материалы, протоколы экспериментов по синтезу и кристаллизации продуктов, а также детальные описания предыдущих успешных и неуспешных попыток. Победителем считался тот, кто за известное время сможет подобрать больше условий и методик для синтеза новых самоорганизующихся полиоксометаллатов и получения их кристаллов.

Ли Кронин поясняет, что и образование новых кластеров, и их кристаллизация — труднопрогнозируемые процессы, которые протекают фактически случайным образом, поэтому возникла идея их роботизированного контроля. Но получилось прямо как в старом анекдоте: «наша», человеческая команда заняла второе место, а «их» финишировала предпоследней... Хотя человеческая интуиция позволила найти в «химическом пространстве» больше точек с условиями, способствующими образованию продуктов, химик-робот на основе алгоритмов смог изучить гораздо более обширное пространство, предсказывая, в каких его точках кристаллизация возможна, а в каких — нет. Более того, предсказания робота были точнее, чем у человека.

По словам исследователей, этот любопытный результат нельзя назвать неожиданным. В конце концов, роботу не свойственны предубеждения, сформированные на основе прошлого опыта. А бывалые химики, изучая химическое пространство, действуют последовательно, методично и даже не пытаются опробовать условия, с их точки зрения контринтуитивные. Между тем иногда именно такие условия оказываются более благоприятными. Скорее всего, машина и человек удачно дополнят друг друга в лаборатории. Человек обладает интуицией — точнее, навыком, суммой экспериментального опыта; в свою очередь, алгоритм, лишенный интуиции, позволит человеку избавиться от мыслительных шаблонов типа «иди туда, где в прошлый раз повезло».

В обозримом будущем исследователи из Глазго планируют отправить робота-химика на покорение других направлений химического пространства, не связанных с поиском точек образования кристаллических полиоксометаллатов, хотя и предполагают, что есть такие химические дебри, где химик-робот не сможет стать ни соперником, ни даже помощником человека.

Разные разности
Липучка против трипсов
Химики ищут замену инсектицидам, подсматривая за тем, как разные растения сами защищаются от вредных насекомых. Некоторые растения выделяют липкие вещества из так называемых железистых волосков. К ним прилипают насекомые-вредители и погибают. Эта стр...
Этанол против гриппа
Во время пандемии ковида в соцсетях распространилось видео, на котором наш соотечественник демонстрировал свой метод лечения ковида — ингаляцию парами этанола. Но тогда над ним посмеялись и отмахнулись. Похоже — зря. Японские исследователи ...
Пишут, что...
…за последнее десятилетие плотность тихоокеанских устриц Magallana gigas в двух заливах Южной Калифорнии увеличилась в 32 раза, что совпадает с летним повышением температуры морской воды на 2–4°C… …пластырь с микроиглами против ...
Маскировка, подсказанная цикадой
Тело цикады покрывают брохосомы. Эти структуры отлично поглощают свет, тем самым помогая ей маскироваться от животных, глаза которых видят в том числе и ультрафиолетовый свет. Используя 3D-принтер, исследователи создали искусственные аналоги брохосом...