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AI化学家诞生!1天可做500个实验,自主开发新材料,实验室劳力们,颤抖吧

2020-06-30 14:10来源:保健品招商
核心摘要:近日,来自北卡罗莱纳州立大学和布法罗大学的研究人员开发了一项名为“人工化学家”的技术,该技术结合了人工智能(AI)和执行化学反应的自动化系统,以加速研发和生产商业所需的新化学材料。 以往的人工智能大部分生活在硬盘和内存里,人工化学家则突破了“次元壁”,能直接将自己的“想法”在现实世界中通过物理手段来

最近,来自北卡罗来纳州立大学和布法罗大学的研究人员开发了一项名为“人工化学家”的技术,该技术结合了人工智能(AI)和自动化学反应系统,以加速商业所需的新化学材料的研发和生产。 

过去,人工智能大多生活在硬盘和内存中,而人工化学家则突破了“维度墙”。 可以通过物理手段在现实世界中直接验证自己的“想法”。
“人工化学家就像一个真正的自主导航系统,穿梭于复杂的化学宇宙中。”该论文的作者、北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程助理教授阿布哈桑尼生动地比喻了人工化学家的工作过程。 



强大的人工化学家
在基于概念推理的实验验证过程中,研究人员发现人工化学家可以在15分钟内识别并生成任何颜色的最佳量子点。

量子点,也称为半导体荧光纳米晶体,主要是由二价-六价元素(如硫化镉、CdSe、碲化镉、硒化锌等)组成的纳米粒子。)和ⅲ-ⅴ族元素(如磷化铟、铟砷等。),并且颗粒尺寸通常小于20纳米。由于其尺寸受限的畴、量子受限的畴等诸多效应,显示出许多不同于宏观物质的光学和物理性质,因此在光学、电学、磁介质、催化、医学、生命科学、功能材料等领域有着广阔的应用前景。
由于电子和空穴的量子限制,量子点成为新一代荧光材料,连续能带结构成为具有分子特征的离散能级结构。量子点被激发后,可以发出不同波长的荧光,具有独特而优异的发光特性。


不仅如此,随后研究人员指出, 人工化学家可以识别出满足任何已知属性的最佳材料——而不仅仅是量子点。 

不仅如此,研究人员还指出 人工化学家可以识别出满足任何已知性质的最佳材料——不仅仅是量子点。 

目前,人工化学是为材料的溶液处理而设计的,这意味着它适合于寻找可以使用液体化学前体制造的材料。溶液处理材料包括量子点、金属/金属氧化物纳米粒子、金属有机框架和其他高价值材料。
“人工化学家与自动驾驶汽车相似,但自动驾驶汽车要到达预先选定的目的地,至少有有限的路线可供选择。当使用人工化学家时,你只需要向他提供一组代表材料特性的参数。”阿布哈桑尼补充道。
输入参数后,人工化学家可以确定自己需要的其他数据 ,例如:什么是化学前体,什么是合成路线,并且可以在独立探索的同时最大限度地减少这些化学前体的消耗。
阿布哈桑尼说:“研究的最终理想结果是 探索一种完全独立的材料开发技术 ,这种技术不仅可以帮助你尽快找到理想的液态化学材料,而且可以尽可能少地消耗化学前体。这大大减少了浪费,也大大降低了材料开发过程的成本。”

人工智能大脑+自动化身体
值得一提的是,这个人工化学家不仅有一个“本体”来执行实验和感知实验结果,而且还有一个“大脑”来记录数据并使用它来决定下一个实验是什么。

为了进行概念验证测试,人工化学家的身体整合了实验室开发的自动化纳米晶体工厂和纳米流体合成平台。人工化学家平台已经证明它每天可以进行500个量子点合成实验,尽管阿布哈桑尼估计它实际上可以进行1000个量子点合成实验。
人工化学家的大脑是一个人工智能程序,它通过识别和探索由本体合成的材料来形成独特的数据,并使用这些数据对下一组的实验条件做出独立的决定。它基于满足材料的预期性能和性能指标,并决定如何尽可能快速有效地探索材料的最佳组成和结构。


“我们试图模仿人类做决定的过程,但事实上,人工化学家的决定过程更有效率。”Abolhasani 表示。

“我们试图模仿人类的决策过程,但事实上,人工化学家的决策过程更有效率。”阿布哈桑尼说。

例如,一个人工化学家可以执行一个“知识迭代”过程,这意味着它可以存储它收到的每个请求所产生的数据,从而加快识别下一个候选材料的过程。换句话说,随着时间的推移,人工化学家将越来越有效地识别正确的化学物质。
为了证明他们的推断,研究人员测试了人工智能如何使用数据来决定下一个实验是什么。然后,他们提出了一系列要求,每次都要求人工化学家确定最适合三种不同输出参数的量子点材料。
“我们发现,即使人工化学家没有任何先验知识,它也能在25次实验或大约一个半小时后识别出最好的量子点,”阿布哈桑尼说。“但是一旦人工化学家有了先验知识——这意味着它已经处理了一个或多个对目标材料的请求——它就能在10到15分钟内确定具有新特性的最佳材料。” 

“我们发现, 人工化学家还可以快速识别给定一组起始化学前体的材料性质边界 ,这样化学家和材料科学家就不需要浪费时间探索不同的合成条件。
“我们发现 人工化学家也能快速识别给定组初始化学前体的材料属性边界 ,这样化学家和材料科学家就不需要浪费时间探索不同的合成条件。

“我相信人工化学家实现的独立材料研究和开发可以重塑材料开发和制造的未来,”阿布哈桑尼说,“我现在正在寻找合作伙伴,帮助我们将这项技术从实验室转移到工业市场。”
资料来源:
https://news . ncsu . edu/2020/06/artificial-chemist/
Robert w . EPPs,Michael S. Bowen,Amanda a . Vol . Kameel Abdel‐Latif,苏勇·汉,Kristofer G. Reyes,Aram Aggregian,Milad Abolhasani .人工化学家:自主量子点合成机器人。先进材料,2020年;2001626 DOI:10.1002/adma . 202001626

(责任编辑:小编)
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