人工智能與機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合進(jìn)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(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的自動(dòng)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(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，研究人員證明了Artist Chemist可以在15分鐘或更短的時(shí)間內(nèi)識(shí)別并產(chǎn)生任何顏色的最佳量子點(diǎn)。量子點(diǎn)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(shí)別出滿足任何一組可測(cè)量特性的最佳材料，而不僅僅是量子點(diǎn)。

“人工化學(xué)家是一個(gè)真正的自治系統(tǒng)，可以智能地瀏覽化學(xué)世界?！痹撜撐牡耐ㄓ嵶髡?，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?！澳壳?，Artist Chemist是為溶液處理的材料而設(shè)計(jì)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(diǎn)，金屬/金屬氧化物納米粒子，金屬有機(jī)骨架之類的高價(jià)值材料。 （MOF），等等。

“人工化學(xué)家類似于自動(dòng)駕駛汽車，但是自動(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)。這顯著減少了浪費(fèi)，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(shí)驗(yàn)和感應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的“身體”，又有記錄數(shù)據(jù)并用來確定下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的“大腦”。

為了進(jìn)行概念驗(yàn)證測(cè)試，Artist Chemist的身體采用了Abolhasani實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的自動(dòng)Nanocrystal工廠和NanoRobo流動(dòng)合成平臺(tái)。盡管Abolhasani估計(jì)它可以運(yùn)行多達(dá)1000個(gè)量子點(diǎn)，但人造化學(xué)家平臺(tái)已證明它每天可以運(yùn)行500個(gè)量子點(diǎn)合成實(shí)驗(yàn)。

人工化學(xué)家的大腦是一個(gè)AI程序，用于表征人體合成的材料，并使用該數(shù)據(jù)對(duì)下一組實(shí)驗(yàn)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?cè)噲D模仿人們?cè)跊Q策時(shí)使用的過程，但是效率更高。”

例如，人工化學(xué)家允許“知識(shí)轉(zhuǎn)移”，這意味著它存儲(chǔ)從收到的每個(gè)請(qǐng)求生成的數(shù)據(jù)，從而加快了識(shí)別下一個(gè)任務(wù)候選材料的過程。換句話說，隨著時(shí)間的推移，人工化學(xué)家變得越來越聰明，更快，可以識(shí)別出正確的材料。

為了驗(yàn)證概念，研究人員測(cè)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(gè)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)材料。