Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mensch gegen (Synthese-)Maschine

10.08.2017

Aktives Maschinenlernen zur Entdeckung und Kristallisation von Polyoxometallat-Riesenmolekülen

Wer ist der bessere Experimentator, Mensch oder Roboter? Wenn es um das Ausloten von Synthese- und Kristallisationsbedingungen anorganischer „Riesenmoleküle“ geht, dann hat die aktiv lernende Maschine eindeutig die Nase vorn, wie britische Wissenschaftler jetzt in der Zeitschrift Angewandte Chemie am Beispiel eines Polyoxometallats zeigen.


Mensch gegen Roboter als Experimentator

(c) Wiley-VCH

Polyoxometallate entstehen durch eine selbstorganisierte Zusammenlagerung einer größeren Anzahl über Sauerstoffatome verbrückter Metallatome. Potenzielle Anwendungen finden sich etwa in der Katalyse, der Elektronik und der Medizin. Erkenntnisse über die beteiligten Selbstorganisationsprozesse könnten zudem bei der Entwicklung funktionaler chemischer Systeme, z.B. „molekularer Maschinen“, helfen.

Polyoxometallate bieten eine nahezu unbegrenzte Strukturvielfalt. Dennoch ist es nicht leicht, neue zu finden, denn die Zusammenlagerung komplexer anorganischer Moleküle zu Riesenmolekülen ist ein schwer absehbarer Vorgang. So müssen Bedingungen gefunden werden, unter denen sich die Bausteine zusammenlagern und zudem kristallisieren, sodass sie sich charakterisieren lassen.

Das Team um Leroy Cronin von der Universität Glasgow (Großbritannien) hat jetzt einen neuen Ansatz entwickelt, um den Rahmen geeigneter Bedingungen für Synthese und Kristallisation von Polyoxometallaten abzustecken. Er basiert auf jüngsten Fortschritten auf dem Gebiet des Maschinenlernens, bekannt als aktives Lernen.

Ihre trainierte Maschine ließen sie dann gegen die Intuition erfahrener Experimentatoren antreten. Testbeispiel war Na₆[Mo₁₂₀Ce₆O₃₆₆H₁₂(H₂O)₇₈]·200 H₂O, ein neuer ringförmiger Polyoxometallat-Cluster, der kürzlich vom automatisierten chemischen Robotersystem der Forscher entdeckt worden war.

Bei ansonsten vorgeschriebenem Versuchsprotokoll sollten die Mengenverhältnisse der drei benötigten Reagenzienlösungen variiert werden. Ausgangspunkt für den experimentellen Wettstreit war ein Datensatz erfolgreicher und erfolgloser Kristallisationsexperimente. Zehn Experimente sollten geplant und basierend auf deren Ergebnissen jeweils der nächste Satz von zehn Experimenten angegangen werden – insgesamt 100 Kristallisationsversuche.

Auch wenn die Experimentatoren aus Fleisch und Blut insgesamt mehr erfolgreiche Kristallisationen vorweisen konnten, zeigte sich der weitaus „mutiger“ vorgehende Maschinen-Algorithmus unterm Strich überlegen, indem er einen deutlich breiteren Bereich des „Kristallisationsraums“ abdeckte.

Die Vorhersagegenauigkeit, ob ein Experiment zu Kristallen führt, konnte durch die Versuche der Maschine deutlich stärker erhöht werden als durch die der Experimentatoren. Eine Reihe aus 100 rein zufälligen Versuchen brachte dagegen keinerlei Verbesserung.

Die Maschine entdeckte zudem einen Bereich von Bedingungen, der zu Kristallen führte, für den dies rein intuitiv nicht zu erwarten gewesen wäre. Neuartige Verbindungen lassen sich durch diese „unvoreingenommene“ automatisierte Methode mit höherer Wahrscheinlichkeit entdecken als durch menschliche Intuition. Die Forscher suchen jetzt nach Wegen zu besonders effizienten „Teams“ aus Mensch und Maschine.

Angewandte Chemie: Presseinfo 34/2017

Autor: Lee Cronin, University of Glasgow (United Kingdom), http://www.chem.gla.ac.uk/cronin/

Link zum Originalbeitrag: https://doi.org/10.1002/ange.201705721

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Karin J. Schmitz | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterien schwärmen aus
17.01.2019 | Philipps-Universität Marburg

nachricht Forscher der TU Dresden finden neuen Ansatz für Therapien für neurodegenerative Erkrankungen
17.01.2019 | Technische Universität Dresden

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ultra ultrasound to transform new tech

World first experiments on sensor that may revolutionise everything from medical devices to unmanned vehicles

The new sensor - capable of detecting vibrations of living cells - may revolutionise everything from medical devices to unmanned vehicles.

Im Focus: Fliegende optische Katzen für die Quantenkommunikation

Gleichzeitig tot und lebendig? Max-Planck-Forscher realisieren im Labor Erwin Schrödingers paradoxes Gedankenexperiment mithilfe eines verschränkten Atom-Licht-Zustands.

Bereits 1935 formulierte Erwin Schrödinger die paradoxen Eigenschaften der Quantenphysik in einem Gedankenexperiment über eine Katze, die gleichzeitig tot und...

Im Focus: Flying Optical Cats for Quantum Communication

Dead and alive at the same time? Researchers at the Max Planck Institute of Quantum Optics have implemented Erwin Schrödinger’s paradoxical gedanken experiment employing an entangled atom-light state.

In 1935 Erwin Schrödinger formulated a thought experiment designed to capture the paradoxical nature of quantum physics. The crucial element of this gedanken...

Im Focus: Implantate aus Nanozellulose: Das Ohr aus dem 3-D-Drucker

Aus Holz gewonnene Nanocellulose verfügt über erstaunliche Materialeigenschaften. Empa-Forscher bestücken den biologisch abbaubaren Rohstoff nun mit zusätzlichen Fähigkeiten, um Implantate für Knorpelerkrankungen mittels 3-D-Druck fertigen zu können.

Alles beginnt mit einem Ohr. Empa-Forscher Michael Hausmann entfernt das Objekt in Form eines menschlichen Ohrs aus dem 3-D-Drucker und erklärt: «Nanocellulose...

Im Focus: Nanocellulose for novel implants: Ears from the 3D-printer

Cellulose obtained from wood has amazing material properties. Empa researchers are now equipping the biodegradable material with additional functionalities to produce implants for cartilage diseases using 3D printing.

It all starts with an ear. Empa researcher Michael Hausmann removes the object shaped like a human ear from the 3D printer and explains:

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

16. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

17.01.2019 | Veranstaltungen

Erstmalig in Nürnberg: Tagung „HR-Trends 2019“

17.01.2019 | Veranstaltungen

Wie Daten und Künstliche Intelligenz die Produktion optimieren

16.01.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leistungsschub für alle Omicron Laser

17.01.2019 | Messenachrichten

16. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

17.01.2019 | Veranstaltungsnachrichten

Mit Blutgefäßen aus Stammzellen gegen Volkskrankheit Diabetes

17.01.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics