Chimia se ocupă de cel mai fundamental subiect: materia. Medicamentele noi, materialele avansate și bateriile depind toate de capacitatea noastră de a crea molecule noi. Dar descoperirea de substanțe noi este lentă, costisitoare și fragilă. Fiecare moleculă este tratată ca un proiect artizanal unic. Dacă o sinteză funcționează într-un laborator, adesea eșuează într-un altul.
Problema este că orice moleculă individuală poate avea un număr aproape infinit de căi de creare. Aceste rute sunt publicate sub formă de text static, lipsite de contextul, temporizarea și mecanismele de corecție a erorilor care le-au făcut să funcționeze inițial. Astfel, deși chimia este adesea prezentată ca una dintre cele mai avansate științe, practica ei cotidiană rămâne surprinzător de manuală.
Timp de secole, înainte de apariția chimiei moderne, alchimiștii lucrau manual, amestecând substanțe, ajustând condițiile „din simț”, transmițând cunoștințele de la maestru la discipol și păstrând multe secrete. Chimiștii de astăzi folosesc mult mai multe instrumente analitice, însă fluxul de lucru de bază s-a schimbat foarte puțin.
Încă proiectăm molecule manual, folosind regulile chimiei, apoi cerem unor oameni foarte bine pregătiți să traducă aceste idei în realitate în laborator, pas cu pas, reacție cu reacție.
În același timp, trăim o explozie a inteligenței artificiale și a roboticii – iar chimiștii s-au grăbit să aplice aceste instrumente descoperirii moleculare. Sistemele de IA pot propune milioane de molecule candidate, le pot evalua și optimiza și pot sugera chiar și căi de reacție.
Dar, frustrant, aceste instrumente „halucinează” frecvent substanțe chimice care nu pot fi create, deoarece (spre deosebire de cazul proteinelor) nimeni nu a capturat încă digital toate regulile practice necesare pentru fabricarea moleculelor.
Chimia nu poate deveni cu adevărat digitală dacă nu este programabilă. Cu alte cuvinte, trebuie să putem scrie, într-o formă lizibilă de mașini, modul în care se asamblează moleculele – incluzând instrucțiuni, condiționale, bucle și tratarea erorilor – și apoi să executăm aceste instrucțiuni pe hardware diferit, în locuri diferite, cu același rezultat.
Fără un limbaj care să permită chimiei să fie executată, nu doar descrisă, cele mai avansate instrumente de IA de astăzi riscă să genereze puțin mai mult decât iluzii plauzibile ale unor noi substanțe chimice. Aici, în opinia mea, devine imperativă utilizarea computerului ca arhitectură pentru construirea unui sistem de chimie digitală sau „chemputer”.
Înainte de computere, calculul era manual și mecanic. Oamenii foloseau rigle de calcul, tabele și dispozitive specializate, construite pentru sarcini specifice. Dar când Alan Turing a arătat că orice problemă calculabilă poate fi exprimată ca un set de instrucțiuni pentru o mașină abstractă simplă, calculul a fost eliberat de necesitatea de a fi realizat pe hardware specific – iar progresul a devenit exponențial.
Chimia nu a făcut niciodată acest salt. Asemenea bucătarilor care folosesc metode individuale pentru a obține sufleul perfect, cercetătorii din întreaga lume au moduri diferite de a prepara substanțe chimice. Astfel, deși automatizarea există în chimie, cercetarea rămâne în mare măsură de natură artizanală.
O IA poate proiecta o mie de medicamente ipotetice peste noapte. Dar dacă fiecare necesită ca un chimist uman să stabilească manual cum să le sintetizeze, deoarece moleculele generate nu sunt constrânse de regulile reale ale chimiei, atunci nu am făcut decât să mutăm blocajul. Proiectarea a devenit digitală; fabricarea, nu.
Chimia făcută de computere
Pentru a digitaliza corect chimia, avem nevoie de un limbaj programabil al materiei, care să codifice aceste reguli din lumea reală. Această idee m-a condus, împreună cu colegii din laboratorul meu de cercetare de la Universitatea din Glasgow, la dezvoltarea procesului de chemputation încă din 2012.
Am construit o abstractizare concretă a modului în care ar arăta un cod chimic – cu pași precum „adaugă/scade materie, apoi adaugă/scade energie”. Prin traducerea acestor pași în cod binar, a devenit posibilă construirea componentelor unui chemputer.
Premisa este simplă. Chimia poate fi tratată ca o formă de calcul realizată în lumea fizică. În loc să fie publicată sub formă de proză, chimia este publicată sub formă de cod executabil, așa cum este descris în noul nostru articol aflat în prepublicare. Reactivii sunt date. Operațiile precum amestecarea, încălzirea, separarea și purificarea sunt instrucțiuni. O gamă de mașini joacă rolul de procesoare.
Odată ce chimia devine programabilă, ne așteptăm ca multe lucruri să se schimbe. Reproductibilitatea se îmbunătățește, deoarece procesele nu mai sunt interpretate de oameni. Partajarea devine semnificativă, deoarece o sinteză poate fi rulată, nu reimaginată. Important, chimia programabilă permite bucle de feedback pentru corecția erorilor, cu senzori care monitorizează reacțiile în timp real.
Laboratoare autonome
Ambițiile noastre legate de chemputation au făcut un pas major înainte în iunie 2025, când Chemify, compania de tip spin-off a Universității din Glasgow, a lansat prima chemifarm din lume. În această locație din cartierul Maryhill al orașului Glasgow, procesul de chemputation este aplicat pentru obținerea de molecule noi destinate descoperirii de medicamente și materiale.
Sistemul utilizează IA și robotică pentru a permite întregului ansamblu să „învețe singur” și, astfel, să devină din ce în ce mai bun în realizarea unor molecule tot mai avansate în timp. Descoperirea devine un proces iterativ și programabil, nu un pariu liniar.
Acest demers se înscrie în apariția mai largă a laboratoarelor „autopilotate” – laboratoare robotice, pe care le-am pionierat, care folosesc IA și automatizarea pentru a spori viteza și amploarea cercetării.
Chimia a început ca alchimie – o artă umană modelată de intuiție și mister, care prepara poțiuni, manipula metale prețioase și construia primele echipamente de laborator. De atunci, a devenit o știință riguroasă, dar nu a scăpat niciodată complet de rădăcinile sale manuale. Dacă vrem ca chimia să țină pasul cu era digitală, mai ales într-o epocă dominată de IA, trebuie acum să finalizăm această tranziție.
Traducere după Chemistry is stuck in the dark ages de Lee Cronin, Regius Chair of Chemistry, University of Glasgow.
