KI: Mit Machine Learning neue chemische Reaktionen herausfinden

Zwar produziert der KI-gestützte Chemie-Roboter an der Universität Glasgow kein Gold, allerdings kann er sehr schnell chemische Reaktionen austesten und diese mit hoher Genauigkeit sogar vorausberechnen. Auch noch nicht zuvor entdeckte Reaktionen konnte der Roboter bereits finden.

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KI: Mit Machine Learning neue chemische Reaktionen herausfinden
(Bild: Lee Cronin/University of Glasgow)

Ein Forschungsteam an der Glasgow University hat einen automatisierten Chemieroboter entwickelt, der ohne menschliche Interaktion selbstständig chemische Experimente durchführen kann. Das Team um den Chemiker und Professor Lee Cronin hat dazu einen Laborroboter mit einem KI-System ausgestattet, das aus Beispielen lernt und daraus gewonnene Einschätzungen anwenden kann. Das IT-Magazin Ars Technica hat ein Foto des Roboters erhalten, der entgegen der gängigen Vorstellung eines Roboters wie ein Chemietisch aussieht.

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Schläuche führen zu verschiedenen Stationen auf dem Tisch. Mit Pumpen werden chemische Proben durch sie bewegt. Das System verfügt über verschiedene Sensoren - darunter ein Massespektrometer und ein Infrarotspektrometer. Die Entscheidung, ob eine chemische Reaktion erfolgreich ist oder nicht, übernimmt der Computer.

Zu Testzwecken wurde dem System eine Sammlung von 72 Reaktionen mit bereits bekannten Ergebnissen zugeführt. Diese Ergebnisse konnte der Computer verwenden, um die Resultate von weiteren Reaktionen vorauszuberechnen. Anhand der Erkenntnisse experimentierte er mit Reaktionen nach dem Zufallsprinzip und konnte deren Ergebnis zu 80 Prozent genau vorausahnen. Aus den Erkenntnissen erstellte das System ein trainiertes Modell.

Ein neuronales Netzwerk verbessert die Genauigkeit

Um die Genauigkeit weiter zu verbessern, wurde dem System ein neuronales Netzwerk hinzugefügt, das auf Basis bereits vorhandener Forschungsdaten lernt - in diesem Fall Reaktionen, die zwei Kohlenwasserstoffketten verbinden. Es hat etwa 3.500 Reaktionen getestet. Im Laufe des Trainings ist die Genauigkeit der KI auf etwa 89 Prozent gestiegen.

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Der Vorteil an einem so gesteuerten Roboter soll sein, dass durch einen Bruchteil an Durchläufen das Ergebnis eines Experimentes vorausberechnet werden kann. "Indem wir nur zehn Prozent der gesamten Anzahl an Reaktionen durchführen, können wir die anderen 90 Prozent auswerten, ohne die entsprechenden Durchläufe durchführen zu müssen", sagte ein Mitglied des Teams gegenüber Ars Technica. Außerdem kann der Roboter nach dem Zufallsprinzip schnell neue chemische Reaktionen ausprobieren - und eventuell neue Ergebnisse liefern.

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