人工化學(xué)家結(jié)合了人工智能和機器人技術(shù)來進(jìn)行自主研發(fā)

北卡羅萊納州立大學(xué)和布法羅大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種稱為“人工化學(xué)家”的技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合了人工智能(AI)和用于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的自動化系統(tǒng)，以加快研發(fā)和生產(chǎn)商業(yè)所需材料的速度。

在概念驗證實驗中，研究人員證明了Artist Chemist可以在15分鐘或更短的時間內(nèi)識別并產(chǎn)生任何顏色的最佳量子點。量子點是膠體半導(dǎo)體納米晶體，其用于諸如LED顯示器之類的應(yīng)用中。

但是，研究人員很快注意到，Artist Chemist可以識別出滿足任何一組可測量特性的最佳材料，而不僅僅是量子點。

“人工化學(xué)家是一個真正的自治系統(tǒng)，可以智能地在化學(xué)世界中導(dǎo)航，”該論文的通訊作者，北卡羅來納州立大學(xué)化學(xué)與生物分子工程學(xué)助理教授米拉德·阿博哈薩尼(Milad Abolhasani)說。“目前，Artificial Chemist專為固溶處理材料而設(shè)計，這意味著它適用于可以使用液態(tài)化學(xué)前體制造的材料。溶液處理的材料包括高價值的材料，例如量子點，金屬/金屬氧化物納米顆粒，金屬有機骨架(MOF)等。

“人工化學(xué)家類似于自動駕駛汽車，但是自動駕駛汽車至少要有一定數(shù)量的路線可供選擇，才能到達(dá)其預(yù)先選擇的目的地。”使用“人工化學(xué)家”，您可以為它提供一組所需的參數(shù)，這些參數(shù)就是您希望最終材料具有的特性。人工化學(xué)家必須弄清楚其他所有情況，例如化學(xué)前體是什么以及合成路線是什么，同時將這些化學(xué)前體的消耗降至最低。

“最終結(jié)果是一種完全自主的材料開發(fā)技術(shù)，它不僅可以幫助您比目前使用的任何技術(shù)更快地找到理想的溶液加工材料，而且可以使用少量的化學(xué)前體來實現(xiàn)。這大大減少了浪費，并使材料開發(fā)過程的成本大大降低。”

人工化學(xué)家既有執(zhí)行實驗和感知實驗結(jié)果的“身體”，又有記錄數(shù)據(jù)并用來確定下一個實驗將要進(jìn)行的“大腦”。

為了進(jìn)行概念驗證測試，ArtistChemist的身體采用了Abolhasani實驗室開發(fā)的自動Nanocrystal工廠和NanoRobo流動合成平臺。盡管Abolhasani估計它可以運行多達(dá)1000個量子點，但人造化學(xué)家平臺已證明它每天可以運行500個量子點合成實驗。

人工化學(xué)家的大腦是一個AI程序，用于表征人體合成的材料，并使用該數(shù)據(jù)對下一組實驗條件進(jìn)行自主決策。它的決定基于確定的內(nèi)容，該決定將最有效地將其移向具有所需特性和性能指標(biāo)的最佳材料組成。

Abolhasani說：“我們試圖模仿人們在決策時使用的流程，但效率更高。”

例如，人工化學(xué)家允許“知識轉(zhuǎn)移”，這意味著它存儲從收到的每個請求生成的數(shù)據(jù)，從而加快了識別下一個要處理的候選材料的過程。換句話說，隨著時間的推移，人工化學(xué)家變得越來越聰明，更快，可以識別出正確的材料。