DARPA Memanfaatkan AI untuk Inovasi Baterai dan Bahan Peledak

• DARPA telah mengembangkan alat berbasis pembelajaran mesin untuk menghasilkan molekul baru.
• Program yang diberi nama Make-It ini dapat mempercepat proses penemuan bahan kimia untuk beberapa produk dan aplikasi militer.

Salah satu tantangan terberat kimia organik era modern adalah mengajarkan komputer bagaimana merencanakan sintesis kimia. Meskipun telah melakukan penelitian selama bertahun-tahun, kami belum mampu mencapai jalur lengkap yang dibangun oleh komputer dan kemudian berhasil diterapkan di laboratorium.

Saat ini, perangkat lunak/perangkat keras komputer tidak cukup mampu untuk menangani basis pengetahuan yang sangat besar tentang transformasi kimia, secara efisien menavigasi ‘pohon’ kemungkinan sintesis yang luas, dan logika tingkat tinggi.

DARPA saat ini sedang mengerjakan perangkat lunak berdasarkan teknik pengkodean ahli dan pembelajaran mesin untuk memprediksi jalur sintetik yang dioptimalkan untuk parameter seperti waktu, biaya, keselamatan, dan minimalisasi limbah.

Program yang diberi nama Make-It ini bertujuan untuk membebaskan para peneliti agar mereka dapat fokus pada inovasi kimia, dibandingkan menguji berbagai jalur sintesis senyawa. Tim ini mencoba membuat peralatan otomatis (berdasarkan konsep satu perangkat banyak molekul) yang menghasilkan senyawa yang diinginkan menggunakan basis pengetahuan dan proses coba-coba mereka sendiri.

Hal ini dapat mempercepat proses penemuan bahan kimia untuk beberapa produk dan aplikasi militer. Kabar baiknya adalah mereka baru-baru ini menunjukkan kemajuan luar biasa dalam pembuatan peralatan otomatis ini.

Hal ini dapat menghasilkan beragam produk pertahanan generasi mendatang, termasuk baterai yang lebih kecil dan tahan lama, sel bahan bakar, bahan peledak yang lebih aman untuk digunakan, propelan yang efektif untuk mesin roket, perekat, cat, dan pelapis yang lebih baik.

Bagaimana Hal Ini Akan Membantu Penelitian Ahli Kimia?

Biasanya, seorang ahli kimia penelitian menghabiskan puluhan jam untuk menciptakan jalur sintetik menuju senyawa baru, dan berbulan-bulan untuk melaksanakan dan meningkatkan sintesis di laboratorium. Alat baru ini akan membantu ahli kimia menggunakan kekuatan otak mereka di bidang berharga lainnya seperti penemuan molekuler.

Ahli kimia penelitian akan dapat menghasilkan molekul sesuai kebutuhan mereka daripada membelinya dari pemasok dan membuangnya dalam jumlah besar. Alat ini dapat bermanfaat tidak hanya di bidang kimia, tetapi juga di banyak bidang teknologi lainnya yang melibatkan penelitian dan pengembangan molekul kecil.

Grafik kemungkinan sintetik yang muncul dari target dan berkembang seiring jumlahnya. iterasi pencarian

Dengan metodologi non-otomatis, perubahan kecil dan dapat diabaikan dapat berdampak besar pada keluaran dan kemurnian senyawa yang dihasilkan, sehingga sulit untuk mereproduksi sintesis yang dilaporkan sebelumnya. Sebaliknya, sintesis kimia otomatis menghasilkan prosedur yang dapat direproduksi sehingga mempercepat dan mendemokratisasikan produksi.

Referensi:ScienceDirect | doi:10.1016/j.chempr.2018.02.002 | DARPA

Menurut pengembangnya, Make-It memastikan reproduktifitas yang akurat. Karena jalur dijalankan dengan instruksi komputer, hal ini tidak menghasilkan variabilitas antar laboratorium.

Perangkat sintesis Make-It menawarkan solusi yang lebih bersih, aman, dan terjamin. Seseorang tidak perlu secara fisik menangani bahan kimia berbahaya seperti bahan peledak. Selain itu, perangkat ini memerlukan volume pelarut yang rendah, sehingga menghasilkan jumlah limbah yang lebih sedikit.

Alat Serupa Lainnya

Banyak lembaga dan organisasi lain sedang menjajaki berbagai cara untuk mengembangkan alat yang dapat secara otomatis merancang berbagai pilihan jalur kimia. Alat pengoptimalan jalur molekuler Grzybowski Scientific Inventions (GSI) memungkinkan para ilmuwan menyaring jutaan titik data dan menemukan rute terbaik untuk penemuan obat dan kimia obat. Alat ini tersedia secara komersial.

Para peneliti di Universitas Glasgow saat ini sedang mengerjakan alat murah yang dapat mencetak reaktor portabel secara 3D untuk memproduksi senyawa tertentu saat bepergian. MIT juga menerapkan keahlian pada model pembelajaran mesin untuk membantu penemuan obat.

Penyintesis kimia otomatis | Kredit:MIT

Gambar di atas menunjukkan penyintesis kimia otomatis MIT, di mana bahan kimia dialirkan ke dalam reaktor yang disejajarkan secara vertikal. Lengan robot dapat memasukkan, menyusun ulang, atau mengeluarkan reaktor kimia ini untuk melakukan sintesis yang dirancang oleh komputer.

Universitas Purdue telah menghadirkan proses penyaringan dengan hasil tinggi yang menggunakan perangkat lunak pemrosesan data, robotika, detektor sensitif, dan perangkat penanganan cairan untuk melakukan jutaan pengujian genetik dan farmakologis dengan cepat.

Baca:TopoMS Dapat Menganalisis Ikatan Kimia Secara Akurat Secara Real-Time

Hal yang menarik tentang Make-IT DARPA adalah tujuannya adalah untuk menghasilkan molekul apa pun, tidak hanya menangani bidang farmasi tetapi juga semua bidang pertahanan. Di tahun-tahun mendatang, para peneliti akan menggunakan instrumentasi analitik canggih untuk mengintegrasikan klasifikasi proses sintesis secara real-time dan mengembangkan senyawa yang lebih kompleks.