Kunstig kemiker kombinerer AI, robotik til at udføre autonom F&U

Forskere fra North Carolina State University og University i Buffalo har udviklet en teknologi kaldet "Artificial Chemist, ", der inkorporerer kunstig intelligens (AI) og et automatiseret system til udførelse af kemiske reaktioner for at fremskynde F&U og fremstilling af kommercielt ønskelige materialer.

I proof-of-concept eksperimenter, forskerne demonstrerede, at kunstig kemiker kan identificere og producere de bedst mulige kvantepunkter for enhver farve på 15 minutter eller mindre. Quantum dots er kolloidale halvleder -nanokrystaller, der bruges i applikationer såsom LED -skærme.

Imidlertid, forskerne er hurtige til at bemærke, at kunstig kemiker kan identificere det bedste materiale til at opfylde enhver række målbare egenskaber - ikke kun kvantepunkter.

"Kunstig kemiker er et virkelig autonomt system, der intelligent kan navigere gennem det kemiske univers, "siger Milad Abolhasani, tilsvarende forfatter til et papir om arbejdet og en assisterende professor i kemisk og biomolekylær teknik ved NC State. "I øjeblikket, Artificial Chemist er designet til løsningsforarbejdede materialer-hvilket betyder, at det fungerer til materialer, der kan fremstilles ved hjælp af flydende kemiske forstadier. Løsningsbehandlede materialer inkluderer materialer af høj værdi, såsom kvantepunkter, metal/metaloxid nanopartikler, organiske metalrammer (MOF'er), og så videre.

"Den kunstige kemiker ligner en selvkørende bil, men en selvkørende bil har i det mindste et begrænset antal ruter at vælge imellem for at nå sin på forhånd valgte destination. Med kunstig kemiker, du giver det et sæt ønskede parametre, som er de egenskaber, du vil have det endelige materiale til at have. Kunstig kemiker skal finde ud af alt andet, såsom hvad de kemiske forstadier vil være, og hvad den syntetiske rute vil være, samtidig med at forbruget af disse kemiske forstadier minimeres.

"Slutresultatet er en fuldt autonom materialeudviklingsteknologi, der ikke kun hjælper dig med at finde det ideelle løsningsforarbejdede materiale hurtigere end nogen teknikker, der i øjeblikket er i brug, men det gør det ved hjælp af små mængder kemiske forstadier. Det reducerer betydeligt spild og gør materialudviklingsprocessen meget billigere. "

Den kunstige kemiker har både en "krop" til at udføre eksperimenter og fornemme de eksperimentelle resultater, og en "hjerne" til registrering af disse data og brug af dem til at bestemme, hvad det næste eksperiment bliver.

Til deres proof-of-concept test, Kunstig kemists krop inkorporerede den automatiserede Nanocrystal Factory og NanoRobo flow synteseplatforme udviklet i Abolhasanis laboratorium. Platformen Artificial Chemist har vist, at den kan køre 500 quantum dot -synteseeksperimenter om dagen, Selvom Abolhasani anslår, at den kan køre op til 1, 000.

Den kunstige kemists hjerne er et AI -program, der karakteriserer de materialer, der syntetiseres af kroppen og bruger disse data til at træffe autonome beslutninger om, hvad det næste sæt eksperimentelle forhold vil være. Det baserer sine beslutninger på, hvad det bestemmer, vil mest effektivt flytte det mod den bedste materialesammensætning med de ønskede egenskaber og præstationsmålinger.

"Vi forsøgte at efterligne den proces, som mennesker bruger, når de træffer beslutninger, men mere effektivt, "Siger Abolhasani.

For eksempel, Kunstig kemiker tillader "videnoverførsel, "hvilket betyder, at den gemmer data genereret fra hver anmodning, den modtager, fremskynde processen med at identificere det næste kandidatmateriale, det har til opgave. Med andre ord, Kunstig kemiker bliver klogere og hurtigere med tiden til at identificere det rigtige materiale.

For deres bevis på konceptet, forskerne testede ni forskellige politikker for, hvordan AI bruger data til at bestemme, hvad det næste eksperiment skal være. De kørte derefter en række anmodninger, hver gang beder kunstig kemiker om at identificere et kvantepunktsmateriale, der var bedst egnet til tre forskellige outputparametre.

"Vi fandt en politik, der selv uden forudgående viden, kunne identificere den bedst mulige quantum dot inden for 25 eksperimenter, eller cirka en og en halv time, "Abolhasani siger." Men når kunstig kemiker havde forudgående viden - hvilket betyder, at den allerede havde håndteret en eller flere målmaterialeanmodninger - kunne den identificere det optimale materiale til nye ejendomme på 10 til 15 minutter.

"Vi fandt ud af, at kunstig kemiker også hurtigt kunne identificere grænserne for materialegenskaber for et givent sæt af kemiske forstadier, så kemikere og materialeforskere ikke behøver at spilde deres tid på at udforske forskellige synteseforhold.

"Jeg tror, ​​at autonome materialer, der er udviklet og udviklet af kunstig kemiker, kan omforme fremtiden for udvikling af materialer og fremstilling, "Abolhasani siger." Jeg leder nu efter partnere til at hjælpe os med at overføre teknikken fra laboratoriet til industrisektoren. "

Papiret, "Kunstig kemiker:En autonom Quantum Dot Synthesis Bot, "er offentliggjort i tidsskriftet Avancerede materialer .