Робот-химик кристаллизует лучше людей

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.