RoboRXN: Conheça o robô da IBM que cria moléculas usando inteligência artificial

Plataforma da IBM em que é possível acessar o RoboRXN
O RoboRXN pode diminuir pela metade o tempo necessário para descobrir um tratamento para COVID-19, segundo a IBM
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RoboRXN: Conheça o robô da IBM que cria moléculas usando inteligência artificial

O RoboRXN, da IBM, é um robô que combina inteligência artificial (IA), tecnologia de nuvem da empresa e automação para sintetizar moléculas de maneira remota. A empresa mostrou como ele funciona num evento virtual, realizado nesta quarta-feira (26). A demonstração ocorreu num laboratório em Zurique, na Suíça.

No atual contexto de pandemia do novo coronavírus, este robô possui duas vantagens significativas: permite o trabalho remoto de pesquisadores e pode diminuir pela metade o tempo necessário para descobrir um tratamento para COVID-19, segundo a IBM.

“As possibilidades são infinitas quando se trata de humanos + máquinas.”

Teodoro Laino, pesquisador da IBM e um dos membros da equipe que desenvolveu o RoboRXN

O que o RoboRXN faz

Antes de entender o que o robô da IBM faz, é preciso dar uma olhada no contexto geral da química. Afinal, ela está em toda parte, desde ingredientes da aspirina até as matérias-primas de produtos que não conseguimos viver sem.

De acordo com a IBM, o desenvolvimento de um novo material demora uma década e custa cerca de US$10 milhões, em média. No caso do nylon, por exemplo, as pesquisas sobre ele começaram em 1927 e ele só foi utilizado pela primeira vez, em escova de dentes, 11 anos depois.

Numa época em que “existem doenças ameaçadores que afetam toda a humanidade”, como a própria empresa descreveu, não dá para esperar tanto tempo assim para investigar e desenvolver novos materiais, produtos farmacêuticos e tratamentos.

Só que a química sintética — ou “arte de fabricar materiais”, como a IBM descreveu — é até hoje uma disciplina tradicional em termos de digitalização e incorporação de novas tecnologias, segundo a empresa.

Por isso, a IBM entende que é preciso otimizar esse processo, já que a forma como moléculas são feitas não mudou muito nos últimos 200 anos. Como? Usando inteligência artificial. Onde? No RoboRXN.

RoboRXN da IBM
RoboRXN agiliza sintetização de moléculas

O robô usa algoritmos de aprendizagem de máquina que, de maneira autônoma, projetam e executam a produção de moléculas num laboratório. O acesso a esse laboratório ocorre de maneira remota, por meio da plataforma de nuvem da IBM, com o mínimo de intervenção humana possível.

Mas e daí? Bom, vamos considerar como exemplo um pesquisador químico que, atualmente, está confinado em casa. Imagine que ele estava investigando possíveis tratamentos para a COVID-19, mas precisou ser afastado do trabalho para respeitar as medidas de distanciamento social, por conta da pandemia. 

Apesar do pesquisador estar confinado em casa, o robô da IBM permite que sua pesquisa não seja interrompida. Isso porque ele pode acessar o RoboRXN, por meio de um navegador. Nele, o pesquisador consegue “desenhar” moléculas, enquanto a própria plataforma funciona como um assistente, apontando os melhores caminhos para otimizar o processo de sintetização. E tudo isso ocorre na plataforma de nuvem da IBM.

Com o “desenho” pronto, o RoboRXN consegue se programar de maneira automática para sintetizá-lo num laboratório autônomo. Depois disso, o pesquisador consegue acessar um relatório detalhado do experimento, gerado pela plataforma, para analisar os dados e, enfim, conduzir seu estudo.

Como o RoboRXN funciona

Tudo começa com os dados, que são uma espécie de combustível para os modelos de IA fazerem o RoboRXN funcionar. E isso ocorre por meio de uma arquitetura retrossintética.

Para entender isso melhor, pense em como uma pizza é feita. Essa arquitetura retrossintética informa quais são os ingredientes da pizza e fornece instruções gerais para criá-la na ordem correta. Só que isso, sozinho, não é o suficiente para deixar a pizza no ponto ideal.

Isso porque sempre existem alguns pequenos ingredientes secretos ou detalhes técnicos que farão a diferença entre uma pizza gourmet e uma normal, como misturar primeiro parte dos ingredientes para fazer uma fermentação especial, depois juntar os demais ingredientes numa segunda etapa. Esse é o tipo de dicas que você pega direto com cozinheiros mais experientes ou lendo seus livros de receita favoritos. E um químico faz a mesma coisa para aprender certas dicas.

Ainda pensando na pizza, é preciso sovar a massa dela, certo? Essa é provavelmente a tarefa mais entediante, mas também a mais importante para desenvolver a textura correta. Ainda assim, misturar tudo e girar a massa pode ser divertido uma ou duas vezes, mas fazer isso 50 ou 60 vezes por dia é cansativo e demorado. 

Pesquisador da IBM no RoboRXN
RoboRXN da IBM sintetiza moléculas usando inteligência artificial

Esse tempo e energia poderiam ser aproveitados forma melhor, né? Então, o mesmo acontece com um químico na hora de sintetizar moléculas. Lembra do que o RoboRXN faz? Na prática, o robô agiliza essa parte mais entediante e demorada do processo de sintetização. Mas não é só isso que ele faz.

Ainda seguindo essa analogia, vamos falar sobre os segredos para se fazer uma boa pizza. O principal desafio da química é que muitos detalhes operacionais sobre como “cozinhar” ingredientes químicos são relatados em prosa ou na forma de dados não estruturados, o que dificulta a análise e a interpretação.

Para poder construir um modelo de IA com capacidade de aprender as etapas corretas dos procedimentos químicos, a IBM precisou projetar um algoritmo capaz de extrair informações específicas de síntese para química orgânica e convertê-las num formato que permitisse a automação do processo.

Por isso, a estrutura RXN é puramente orientada por dados. Isso significa que, uma vez que o algoritmo de aprendizado de máquina adquira exemplos suficientes, ele pode descobrir por si só em quais palavras prestar atenção para extrair as etapas de produção corretas. 

A principal vantagem dessa abordagem baseada em dados é justamente que ela se baseia apenas em dados. Ou seja, para melhorá-lo, bastam apenas de mais exemplos.

‘Coração do RoboRXN’

Equipe da IBM que desenvolveu o RoboRXN
Equipe da IBM que desenvolveu o RoboRXN

Foi por meio desse conjunto de dados para procedimentos químicos que a IBM conseguiu construir o que chamou de “coração da tecnologia RoboRXN“: um modelo de IA que, sendo treinado em um grande número de receitas químicas, aprende as especificidades dos produtos químicos para ser capaz de recomendar a sequência correta de operações para “cozinhar” uma molécula específica.

Vamos retomar a analogia da pizza: imagine um modelo de IA que pode não apenas recuperar suas receitas favoritas quanto você solicitar, mas também pode consultar automaticamente sua base de conhecimento para fornecer uma lista ideal de instruções para fazer aquela pizza gourmet que com certeza vai impressionar quem for comê-la. De uma perspectiva de TI, isso é semelhante a ter uma arquitetura de inteligência artificial que escreve programas para fazer moléculas (ou cozinhar alimentos).

“Nosso objetivo ao construir o RoboRXN foi usar este modelo de IA para eliminar a entediante tarefa humana de programar hardware de automação comercial. E para tornar o sistema RoboRXN ainda mais conveniente e fácil de usar, implementamos todo o conjunto de serviços em IBM Cloud para torná-lo acessível em qualquer lugar onde haja uma conexão com a Internet.”

Teodoro Laino, pesquisador da IBM

Dessa forma, a IBM afirma que qualquer cientista químico, de qualquer parte do mundo, consiga submeter as moléculas e executar as receitas da maneira que sua pesquisa precisar. Isso em qualquer laboratório que esteja conectado à plataforma de nuvem da empresa.

Eliminando as partes mais repetitivas do processo, a empresa acredita que as equipes vão conseguir se concentrar na parte que realmente importa: o design e a inovação. E, quem sabe, em descobrir possíveis tratamentos para a COVID-19.


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Fonte: IBM Research

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