ENGINEERINGNET.BE - RoboChem fungeert als een zeer precieze en betrouwbare chemicus, die verschillende reacties kan uitvoeren en de hoeveelheid afval minimaliseert. Het systeem werkt 24 uur per dag, autonoom, snel en onvermoeibaar.
Prof. dr. Timothy Noël Noël: ‘In een week kunnen we de synthese van zo'n tien tot twintig moleculen optimaliseren. Een promovendus zou daar maanden over doen. De robot levert de beste reactiecondities en de beste instellingen voor opschaling. We kunnen zo hoeveelheden produceren die direct relevant zijn voor bijvoorbeeld de farmaceutische industrie.'
De groep van Noël heeft veel expertise op het gebied van flowchemie, een nieuwe manier voor het uitvoeren van chemische syntheses. Een systeem van kleine, flexibele slangetjes vervangt de gebruikelijke bekers, kolven en ander chemisch glaswerk.
In RoboChem zuigt een robotnaald voorzichtig kleine hoeveelheden van de uitgangsstoffen op, en mengt deze door elkaar. Zo stroomt iets meer dan een halve milliliter reactiemengsel door de slangetjes naar de reactor.
Hier zet het licht van krachtige LED's de moleculaire omzetting in gang door een fotokatalysator te activeren. Het reactiemengsel stroomt dan naar een geautomatiseerde NMR-spectrometer die de nieuw gevormde moleculen identificeert.
Deze data worden gelijk doorgestuurd naar de RoboChem-computer. Noël: 'Een machine learning-algoritme bepaalt zelfstandig welke reacties moeten worden uitgevoerd. Het streeft naar de optimale uitkomst en verbetert voortdurend zijn begrip van de achterliggende chemie.’
De groep heeft veel moeite gedaan om de resultaten van RoboChem te verifiëren. Alle moleculen zijn handmatig geïsoleerd en gecontroleerd. Noël: ‘Ik werk al ruim tien jaar aan fotokatalyse en toch geeft RoboChem resultaten die ik niet had kunnen voorspellen.'
'Het systeem identificeerde bijvoorbeeld reacties waarvoor erg weinig licht nodig is. Af en toe moest ik me achter mijn oren krabben en goed doorgronden wat het precies had gedaan. Achteraf zie je de logica van RoboChem. Maar ik betwijfel of we zelf zulke resultaten hadden behaald. In ieder geval niet zo snel.’
De onderzoekers gebruikten RoboChem ook om eerder onderzoek te herhalen. ‘In circa 80% van de gevallen leverde het systeem betere resultaten. Voor de andere 20% zijn de resultaten vergelijkbaar’, zegt Noël.
Een ander kenmerk is dat het systeem ook 'negatieve' gegevens registreert. ‘Een mislukt experiment levert ook relevante data op, maar die vind je alleen in de handgeschreven labnotities van de onderzoekers. Dat wordt niet gepubliceerd en is dus niet beschikbaar voor AI-ondersteunde chemie. RoboChem zal daar ook verandering in gaan brengen. Ik twijfel er niet aan dat je dit soort robots nodig zult hebben als je in de chemie doorbraken wilt realiseren met AI.’
