Artificial Chemist 2.0:Quantum dot R&D på mindre end en time

En ny teknologi, kaldet Artificial Chemist 2.0, giver brugerne mulighed for at gå fra at anmode om en brugerdefineret kvanteprik til at fuldføre den relevante R&D og begynde produktionen på mindre end en time. Teknikken er fuldstændig selvstændig, og bruger kunstig intelligens (AI) og automatiserede robotsystemer til at udføre kemisk syntese og analyse i flere trin.

Kvanteprikker er kolloide halvleder nanokrystaller, som bruges i applikationer som LED-skærme og solceller.

"Da vi lancerede den første version af Artificial Chemist, det var et proof of concept, " siger Milad Abolhasani, tilsvarende forfatter til et papir om arbejdet og en assisterende professor i kemisk og biomolekylær teknik ved North Carolina State University. "Artificial Chemist 2.0 er industrielt relevant for både R&D og fremstilling."

Fra et brugersynspunkt, hele processen består i det væsentlige af tre trin. Først, en bruger fortæller Artificial Chemist 2.0 parametrene for de ønskede kvanteprikker. For eksempel, hvilken farve lys vil du producere? Det andet trin er faktisk F&U-fasen, hvor Artificial Chemist 2.0 selvstændigt udfører en række hurtige eksperimenter, gør det muligt for den at identificere det optimale materiale og den mest effektive måde at fremstille dette materiale på. Tredje, systemet skifter til at fremstille den ønskede mængde af materialet.

"Kvanteprikker kan opdeles i forskellige klasser, " siger Abolhasani. "F.eks. velstuderet II-VI, IV-VI, og III-V materialer, eller de nyligt opståede metalhalogenidperovskitter, og så videre. I bund og grund, hver klasse består af en række materialer, der har lignende kemi.

"Og første gang du satte Artificial Chemist 2.0 op til at producere kvanteprikker i en given klasse, robotten kører selvstændigt et sæt aktive læringseksperimenter. Sådan lærer robotsystemets hjerne materialernes kemi, " siger Abolhasani. "Afhængig af materialeklassen, denne indlæringsfase kan tage mellem en og 10 timer. Efter den engangs aktive læringsperiode, Artificial Chemist 2.0 kan identificere den bedst mulige formulering til at producere de ønskede kvanteprikker ud fra 20 millioner mulige kombinationer med flere fremstillingstrin på 40 minutter eller mindre."

Forskerne bemærker, at R&D-processen næsten helt sikkert vil blive hurtigere, hver gang folk bruger den, da AI-algoritmen, der kører systemet, vil lære mere – og blive mere effektiv – med hvert materiale, som det bliver bedt om at identificere.

Artificial Chemist 2.0 indeholder to kemiske reaktorer, som opererer i en serie. Systemet er designet til at være helt autonomt, og giver brugerne mulighed for at skifte fra et materiale til et andet uden at skulle lukke systemet ned.

"For at gøre dette med succes, vi var nødt til at konstruere et system, der ikke efterlader nogen kemiske rester i reaktorerne og tillader det AI-guidede robotsystem at tilføje de rigtige ingredienser, på det rigtige tidspunkt, på ethvert tidspunkt i multi-trin materialeproduktionsprocessen, " siger Abolhasani. "Så det var det, vi gjorde.

"Vi er spændte på, hvad dette betyder for den kemiske specialindustri. Det accelererer virkelig R&D til at skrue hastigheden op, men den er også i stand til at lave kilogram pr. dag af høj værdi, præcist konstruerede kvanteprikker. Det er industrielt relevante mængder af materiale."

Papiret, "Selvdrevet flertrins kvantepunktssyntese aktiveret af autonome roboteksperimenter i flow, " vises åben adgang i journalen Avancerede intelligente systemer.