Produtos químicos como medicamentos, plásticos, sabão e tintas ainda são frequentemente baseados em matérias-primas fósseis. Isto não é sustentável, pelo que há uma necessidade urgente de encontrar formas de fazer uma “transição de materiais” para produtos feitos a partir de matérias-primas de base biológica. Para obter resultados de forma mais rápida e eficiente, os pesquisadores da Radboud College no programa Huge Chemistry estão usando robôs e IA.
A transição de materiais de base fóssil para de base biológica (onde as matérias-primas são baseadas em materiais de origem biológica) é um grande desafio. As matérias-primas dos produtos devem ser substituídas sem alterar a qualidade desses produtos. Isto requer conhecimento das propriedades e do comportamento dessas matérias-primas a nível molecular. Wilhelm Huck, professor de química físico-orgânica na Radboud College: “Além disso, você não quer otimizar as propriedades de uma única molécula, mas de uma mistura. E podemos acelerar enormemente essa busca com nossos robôs e modelos.”
Milhões de interações imprevisíveis
A dificuldade, explica Huck, é que a maior parte da química é “não aditiva”. ‘Quer você dissolva um cubo de açúcar ou dez em água, essencialmente a mesma coisa acontece com dez cubos. Isso é previsível. Mas se você sabe como uma molécula se comporta e como outra molécula se comporta, você pode pensar: se eu as juntar, obterei a combinação ou a média das duas. E isso quase nunca é o caso na química. Em muitos casos, a interação entre moléculas leva a uma interação que você não poderia ter previsto.”
Como as matérias-primas podem interagir com outras matérias-primas de várias maneiras, o número de interações possíveis aumenta rapidamente. Huck: ‘E quando você considera que os fornecedores de ingredientes para produtos de limpeza, cosméticos, tintas e revestimentos, tintas, perfumes, medicamentos, o que você quiser – eles podem fornecer dezenas de milhares de componentes. E que você pode combiná-los de diferentes maneiras. Isso rapidamente soma centenas de milhões de interações que você não conseguiria estudar todas. Então você precisa de um modelo que possa prever as propriedades das misturas. E para treinar esse modelo, você precisa de muitos dados, que você coleta em experimentos.”
Três projetos: tintas, sabão e polímeros
Neste outono, três bolsas foram concedidas a projetos de pesquisadores Radboud dentro do programa maior Huge Chemistry do Nationwide Development Fund. Liderado pelos químicos Wilhelm Huck, Mathijs Mabesoone e Peter Korevaar, o programa envolve a colaboração com empresas para conduzir pesquisas sobre as propriedades de matérias-primas de base biológica para tintas e sabões, entre outras coisas.
Peter Korevaar conduzirá pesquisas sobre tintas junto com Van Wijhe Verf. Muitas vezes, ainda são (parcialmente) à base de óleo, porque precisam ser à prova d’água. E esse é apenas um dos requisitos que a tinta tem de cumprir: ‘A tinta tem de se misturar bem. Essa mistura deve permanecer estável. Não deve ser muito aguado ou muito viscoso. Tem que ser lavável, mas não deve sair da casa quando chover. Simplesmente tem que ser uma coisa boa. Se você tentar projetar isso com base em novos ingredientes de base biológica, precisará de muitos dados experimentais.”
Mathijs Mabesoone realizará pesquisas em sabonetes junto com a empresa Croda Internacional. ‘Se você tem uma solução de sabão puro, ela tem uma certa capacidade de limpeza, por exemplo. Mas em misturas de sabonetes, essa mesma propriedade pode ocorrer repentinamente em concentrações cem vezes mais baixas. Isso também é muito difícil de prever, por isso vamos fazer muitas medições. Criaremos um grande banco de dados de pontos de medição informativos, que poderemos então usar para treinar um modelo para prever melhor as interações.”
O terceiro projeto que recebeu financiamento neste outono trata de polímeros num nível mais elementary: moléculas grandes que ocorrem frequentemente em misturas. Huck: “Para a maioria dos polímeros, não há dados suficientes para cálculos teóricos. Para o desenvolvimento de novos polímeros de base biológica, coletaremos mais dados em colaboração com TNO e Inovações Químicas Van Loon (VLCI)para que possamos treinar modelos de IA para fazer melhores previsões.”
Laboratório de robôs: ciência baseada em dados
Gerar dados exclusivos, e muitos deles, é o objetivo dos três projetos. E os cientistas estão fazendo isso com a ajuda de robôs. Um grande laboratório de robôs no Campus Noviotech em Nijmegen será lançado no outono de 2026. Mas os pesquisadores já estão trabalhando com robôs do tamanho de uma pequena geladeira que fazem medições continuamente. Mabesoone: “Você fornece a esse robô algumas amostras de soluções básicas e depois o coloca para trabalhar testando, misturando e medindo. O robô resolve quais são as melhores amostras para fazer, e você só precisa fornecer uma pequena quantidade para obter muitos dados.”
O que os consumidores notarão?
Os consumidores notarão alguma coisa nesta pesquisa e, em caso afirmativo, quando? Huck: ‘Se não fizermos isso, você poderá descobrir que, em algum momento, não poderá mais obter determinados produtos porque contêm substâncias que não são mais permitidas ou não estão mais disponíveis. Mas se fizermos certo, você não notará muita coisa. Você tinha coisas boas e quer manter coisas boas. Só que, a longo prazo, esses bons produtos serão mais frequentemente biodegradáveis. E provavelmente podemos tornar os bons produtos ainda melhores – com a robótica e a IA, podemos experimentar muito mais combinações do que jamais pensamos ser possíveis, e com certeza descobriremos propriedades completamente novas.”
Universidade Radboud