ADVERTISEMENT
2 /3 FREE ARTICLES LEFT THIS MONTH Remaining
Chemistry matters. Join us to get the news you need.

If you have an ACS member number, please enter it here so we can link this account to your membership. (optional)

ACS values your privacy. By submitting your information, you are gaining access to C&EN and subscribing to our weekly newsletter. We use the information you provide to make your reading experience better, and we will never sell your data to third party members.

ENJOY UNLIMITED ACCES TO C&EN

Reaction Mechanisms

ميكنة التخليق من التخطيط إلى التنفيذ

مع القليل من امساعدة البشرية، الذكاء الاصطناعي وروبوت يشُقان طريقهم إلى عالَم جزيئات العقاقير.

by Sam Lemonick
August 12, 2019 | APPEARED IN VOLUME 97, ISSUE 32

 

09732-scicon60-bot-ar.jpg
Credit: Connor Coley and Felice Frankel
يخطط الذكاء الاصطناعي لتركيبات كيميائية يمكن لهذا النظام الآلي تنفيذها - مع بعض المساعدة الإنسانية.

يمكنك الوصول إلى جميع محتوياتنا باللغة العربية هنا.

نظام جديد يستخدم الذكاء الاصطناعي وعِلم الروبوتات للقيام تقريباً بكل الخطوات اللازمة في عملية التخليق الكيميائي، من التخطيط إلى التنفيذ، مع القليل من المساعدة البشرية فقط (Science 2019, DOI: 10.1126/science.aax1566). تيموثي ف. جاميسون، كلافس ف. جنسن، وزملائهم في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا MIT قاموا باستعراض نظام جديد يستطيع تخليق عدة جزيئات عقاقيرية و مكتبتين صغيرتين من المركبات الكيميائية.

فريق MIT، الذي يشمل على كيميائيين، عُلماء كومبيوتر، مُهندسين كيمياء وميكانيكا، وصلوا إلى تقدم ملحوظ في مجالين ذات صلة: التنبؤ الخوارزمي للتفاعلات الكيميائية و معدات مختبر مؤتمة. التخليق الكيمائي تطور على مدار القرون الماضية من الفن إلى العلم. الكيميائيين أمثال روبرت ب. وودوارد وإلياس ج. كوري ساعدان في تطوير الدعائم المنطقية في تخطيط عملية التخليق، وكذلك التطورات في مجال علوم الكومبيوتر ساعدت البشر لتعليم هذه الدعائم والقوانين لخوارزميات الذكاء الاصطناعي، وتمكينهم من التخطيط لمسارات كيميائية لاستهداف الجزيئات. التقدُم المُتزامن لعِلم الروبوتات وكيمياء العمليات بالمِثل يسمحان للأنظمة ذاتية العمل أو المُميكنة لتتبع التوجيهات والقيام بتخليقات مُتعددة الخطوات.

الباحثون في جامعة MIT قاموا بتدريب خوارزميات الذكاء الاصطناعي على تفاعلات مُختارة من براءات الاختراع الأمريكية وقاعدة بيانات Reaxys. يستخدم النظام هذه الخوارزميات لاقتراح مسارات اصطناعية، بما في ذلك ظروف التفاعل، لأحد الجزيئات المُقترحة وكذلك تقييم أي المسارات الأفضل من حيث عدد الخطوات والناتج المُتوقع.

على الجانب الآخر من النظام، يد روبوتية تقوم بالتجارب عن طريق ربط أنابيب مُزودة بكواشف مُختلفة إلى نماذج التدفق الكيميائي مثل المُفاعِلات والفواصل المُعتمدة على الأغشية. مجموعات أخرى قاموا باستعراض أنظمة آلية مُعتمدة على المُعالجة بالدُفعات، لكن يقول جاميسون بأن كيمياء التدفق أكثر مُلائمةً للتشغيل الآلي لنوعية التفاعلات التي يحاولون القيام بها. حيث تُمكنهم أيضاً من القيام بتفاعلات عند درجات حرارة وضغوطات مُرتفعة. روبوت الفريق يستطيع تخليق مركبات مثل الأسبرين مع ناتج 91%، (S)-الوارفارين بناتج 78% مع نسبة 4.1:1 أنتيوميرية. كما قامت بتخليق مكتبتين لكل جزئ من 5 جزيئات عقاقيرية مُرتبطين ببعضهم البعض.

بالرغم من أن الباحثين الآخرين قاموا بتطوير مخططي تخليق مُعتمدين على الذكاء الاصطناعي أو مُخلقين آليين، نظام فريق MIT يُعتبر الأقرب إلى نظام آلي كامل. ”لدي القليل من الشك بأن هذا المفهوم سيقوم بتسريع تصميم التخليق الكيميائي بشكل جذري وسيُغير الطريقة التي يعمل بها. هذا الأمر سيُغير اللعبة حقاً“ تقول كاثلين كرودن، كيميائية عضوية في جامعة كوينز في أونتاريو.

الكيميائيون البشريون لهم دور في نظام المجموعة. حيث يقومون بتعديل الوصفة التي يقوم بتوليفها الذكاء الاصطناعي قبل أن يتم تغذيتها بواسطة اليد الروبوتية. ” نحن مازلنا بحاجة إلى كيميائي لملء التفاصيل“ مثل التركيزات الدقيقة، الحرارة، التوقيت، يقول المؤلف المشارك في الورقة البحثية كونور كولي، المطور الرئيسي لبرنامج النظام. يقول جنسن بأن الأوراق البحثية وبراءات الاختراع التي قام ذكائهم الاصطناعي بالتعلم منها لا تحتوي دائماً على هذه المعلومات على مستوى التفاصيل التي تحتاجها الخوارزميات. ولكن يقول كولي بأنه لا يوجد سبب يمنع الخوارزمية من تعلم هذه الخطوة أيضاً إذا أُتيح لها البيانات الكافية.

المجموعة لا تُريد استبدال العلماء البشر. ”الهدف هنا ليس القضاء على الكيميائيين“ يقول جنسن، ولكن لإعطاء الكيميائيين الوقت من أجل الإبداع عن طريق آلية روتين مهام التخليق. بول ريتشاردسون من شركة فايزر، الذي استكشف عملية التشغيل الآلي أو الميكنة من قبل، لاحظ أن المحاولات السابقة في ميكنة التخليق لم تُسفِر عن الكثير من عائد الاستثمار فيها، ولكنه يقول بأن هذا النظام يُعتبر تقدُم مُثير حقاً. ويُقدِر اعتماد الباحثين على البشر، يُضيف، ”إنه شيء مُنعش أن نرى اعتراف المؤلفين بحدود استخدام التوقعات الحسابية وكذلك الحاجة في بعض الأحيان إلى تدخل الخبرة البشرية.“

هذه المقالة تأتيكم بالتعاون بين C&EN , الفرع الأردني الدولي للعلوم الكيميائية من الجمعية الكيميائية الامريكية و منشورات الجمعية الكيميائية الامريكية. القصة الاصلية (باللغة الإنجليزية) يمكن ايجادها هنا.

قام بالترجمة والتدقيق اللغوي أحمد فرج الصبروتي، باحث دراسات عليا.

This story was translated by Ahmad Farag El Sabruti, postgraduate researcher

X

Article:

This article has been sent to the following recipient:

Leave A Comment

*Required to comment