人工智能與機器人技術(shù)相結(jié)合進行的自主研發(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)，可以智能地瀏覽化學(xué)世界。”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·阿博哈薩尼說。“目前，Artist Chemist是為溶液處理的材料而設(shè)計的-這意味著它適用于可以使用液體化學(xué)前體制造的材料。溶液處理的材料包括諸如量子點，金屬/金屬氧化物納米粒子，金屬有機骨架之類的高價值材料。 (MOF)，等等。

“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，才能到達其預(yù)先選擇的目的地。使用人工化學(xué)家，您可以給它提供一套所需的參數(shù)，即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內(nèi)容，例如化學(xué)前體是什么以及合成路線是什么，同時最大程度地減少這些化學(xué)前體的消耗。

“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)更快地找到理想的固溶處理材料，而且可以使用少量的化學(xué)前體來實現(xiàn)。這顯著減少了浪費，并降低了制造成本。材料開發(fā)過程便宜得多。”

人工化學(xué)家既有執(zhí)行實驗和感應(yīng)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的“大腦”。

為了進行概念驗證測試，Artist Chemist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的最佳材料組成。

Abolhasani說：“我們試圖模仿人們在決策時使用的過程，但是效率更高。”

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任務(wù)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。

為了驗證概念，研究人員測試了九種不同的策略，以說明AI如何使用數(shù)據(jù)來決定下一個實驗是什么。然后，他們提出了一系列要求，每次要求“人工化學(xué)家”確定最適合三種不同輸出參數(shù)的量子點材料。