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2020/6/23 13:06:25
具有眾多反應(yīng)參數(shù)、階段和路線的先進(jìn)納米材料的最佳合成方案是現(xiàn)代膠體科學(xué)最復(fù)雜的挑戰(zhàn)之一,研究人員從制定可能的技術(shù)路線到驗證其可行性,需要長時間的計算實驗。如今開發(fā)人員所研制的人工化學(xué)家則有可能把這一過程完全自動化。
 
在概念性實驗中,研究人員證明了人工化學(xué)家可以在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,廣泛應(yīng)用于LED顯示器等產(chǎn)品中。之后研究人員注意到,人工化學(xué)家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。目前,人工化學(xué)家專為溶液加工的材料而設(shè)計—意味著它適用于可以使用液體化學(xué)前體制造的材料。溶液加工的材料包括高價值的材料,例如量子點,金屬/金屬氧化物納米粒子,金屬有機物框架(MOF)等。

研究人員只需提出一組最終材料具有的特性和參數(shù),人工化學(xué)家會通過智能分析和計算,選擇消耗最少的原材料和合成方式,并通過自主實驗來確定最佳方案。與流行的“機器學(xué)習(xí)”不同,人工化學(xué)家既有記錄數(shù)據(jù)并用來確定下一個實驗的“大腦”,又有執(zhí)行實驗和確認(rèn)實驗結(jié)果的“身體”。人工化學(xué)家采用了Abolhasani實驗室開發(fā)的自動Nanocrystal工廠和NanoRobo流動合成平臺。目前的測試證明它每天可以運行至少500個量子點合成實驗。

 

研究人員測試了九種不同的策略,發(fā)現(xiàn)即便是從零開始,人工化學(xué)家也可以在25個實驗或大約一個半小時內(nèi)找到最佳量子點。因為每次實驗產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都有助于優(yōu)化下一次實驗條件的設(shè)置,通過多次的“學(xué)習(xí)”和實驗,它可以把實驗時間縮短至10到15分鐘,為新特性確定最佳材料。同時,人工化學(xué)家還可以快速確定給定一組起始化學(xué)前體的材料特性邊界,或許化學(xué)家和材料學(xué)家將無需再浪費時間探索不同的合成條件。
以往的人工智能大部分生活在硬盤和內(nèi)存里,人工化學(xué)家則突破了“次元壁”,能直接將自己的“想法”在現(xiàn)實世界中通過物理手段來驗證。很多科研工作是相當(dāng)枯燥的,繁瑣、重復(fù)的實驗填滿了日程表。如果這種可以24小時工作并且還能有點“小創(chuàng)新“、“小突破”機器人研究員得到進(jìn)一步的發(fā)展,未來人類的科技工作也許需要重新定義了——每天只是蕭規(guī)曹隨,在前人已有的框架內(nèi)小修小補而缺乏創(chuàng)新和突破的所謂“科研人員”,無論是實驗員還是“專家”“教授”,都可能失去他們的崗位。而那些從未停止“仰望星空”的人,則會迎來一個嶄新的時代。
 

參考文獻(xiàn):

1.http://www.bio1000.com/qiye/202006/0559732.html

2.http://dx.doi.org/10.1002/adma.202001626