DARPA が AI を活用して電池と爆発物を革新

• DARPA は、新しい分子を生成するための機械学習ベースのツールを開発しました。
• Make-It と名付けられたこのプログラムは、いくつかの軍事製品や用途の化学物質発見のプロセスをスピードアップすることができます。

現代の有機化学における最も困難な課題の 1 つは、化学合成の計画方法をコンピューターに教えることです。長年の研究にもかかわらず、コンピュータによって構築され、実験室で正常に実装される完全な経路を達成することはできませんでした。

現在、コンピュータのソフトウェア/ハードウェアは、化学変換の膨大な知識ベースを処理し、合成の可能性と高次のロジックを含む広大な「ツリー」を効率的にナビゲートするのに十分な能力を備えていません。

DARPA は現在、時間、コスト、安全性、廃棄物の最小化などのパラメータに合わせて最適化された合成経路を予測する、専門家によるエンコードおよび機械学習技術に基づくソフトウェア ツールの開発に取り組んでいます。

Make-Itと名付けられたこのプログラムは、研究者を解放し、多数の化合物合成ルートをテストする代わりに化学革新に集中できるようにすることを目的としている。チームは、独自の知識ベースと試行錯誤のプロセスを使用して、目的の化合物を生成する自動化装置 (1 つのデバイスで多くの分子の概念に基づく) を構築しようとしています。

これにより、いくつかの軍事製品や用途の化学発見プロセスをスピードアップできます。良いニュースは、彼らが最近この自動化装置の構築に向けて目覚ましい進歩を示したことです。

これにより、小型で耐久性の高いバッテリー、燃料電池、より安全に扱える爆発物、ロケット エンジン用の効果的な推進剤、より優れた接着剤、塗料、コーティングなど、幅広い次世代の防衛製品が可能になる可能性があります。

これは化学者の研究にどのように役立ちますか?

通常、研究化学者は新しい化合物への合成経路の作成に数十時間を費やし、研究室での合成の実行と強化には数か月を費やします。この新しいツールは、化学者がその頭脳を分子発見などの他の貴重な分野に活用するのに役立ちます。

研究化学者は、サプライヤーから分子を購入して大量に廃棄するのではなく、要件に応じて分子を生成できるようになります。このツールは、化学の分野だけでなく、小分子の研究開発に関わる他の多くの技術分野にも役立つ可能性があります。

ターゲットから出現し、数とともに拡大する合成の可能性のグラフ。検索反復回数

自動化されていない方法論では、小さく無視できるほどの変化が、生成される化合物のスループットと純度に大きな影響を与える可能性があり、これにより、以前に報告された合成を再現することが困難になります。一方、自動化学合成は、生産を加速するだけでなく民主化する再現可能な手順を生成します。

参照:ScienceDirect |土井:10.1016/j.chempr.2018.02.002 | DARPA

開発者によると、Make-It は正確な再現性を保証します。経路はコンピュータの命令によって実行されるため、研究室間のばらつきは生じません。

Make-It 合成デバイスは、よりクリーンで安全、確実なソリューションを提供します。爆発物のような有害な化学物質を物理的に扱う必要はありません。さらに、これらのデバイスは必要な溶媒量が少ないため、廃棄物の量も少なくなります。

その他の同様のツール

他の多くの研究機関や組織は、多数の化学経路オプションを自動的に設計できるツールを開発するさまざまな方法を模索しています。 Grzybowski Scientific Inventions (GSI) の分子経路最適化ツールを使用すると、科学者は何百万ものデータポイントをフィルタリングし、創薬と医薬化学に最適なルートを見つけることができます。このツールは市販されています。

グラスゴー大学の研究者らは現在、ポータブル反応器を3Dプリントして特定の化合物を外出先で製造できる安価なツールを開発している。 MIT はまた、創薬を支援するために機械学習モデルに関する専門知識を応用しています。

自動化学合成装置 |クレジット:MIT

上の画像は、MIT の自動化学合成装置を示しています。この自動化学合成装置では、化学物質が垂直に配置された反応器に流れ込みます。ロボット アームは、これらの化学反応器を挿入、並べ替え、または取り外して、コンピューター設計の合成を実行できます。

パデュー大学は、データ処理ソフトウェア、ロボット工学、高感度検出器、液体処理装置を使用して、数百万件の遺伝子検査と薬理学的検査を迅速に実施するハイスループットのスクリーニング プロセスを考案しました。

読む:TopoMS はリアルタイムで化学結合を正確に分析できます

DARPA の Make-IT の興味深い点は、医薬品だけでなくあらゆる防衛分野に対応するあらゆる分子の生成を目的としている点です。今後数年間で、研究者は高度な分析機器を使用して、合成プロセスのリアルタイム分類を統合し、より複雑な化合物を開発する予定です。