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440中國某化學(xué)實驗室的一名新研究員已經(jīng)在以驚人的速度進(jìn)行前沿研究，而且“他”從來都不休息。
小來是世界上第一個數(shù)據(jù)驅(qū)動的全方位人工智能化學(xué)家機器人。發(fā)明者說，它基本上可以做任何需要在實驗室里做的事情：從測試合成到化學(xué)物質(zhì)或材料的識別和分離，也就是所謂的特性化。
但小來并不只是接受命令。研究人員表示，該機器人還能夠進(jìn)行自己的實驗并且發(fā)明材料。
該機器人是由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究人員開發(fā)的——化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院的羅毅和江俊教授，以及信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的尚偉偉教授。
該機器人被設(shè)計成可以在實驗室中自由移動，其手臂可以握住試管或處理各種類型工作站上的儀器。研究人員表示，“小來”可以閱讀科學(xué)論文、設(shè)計新實驗、觀察顯微鏡，甚至能夠分析結(jié)果來創(chuàng)造有用的新化學(xué)物質(zhì)。
不過更讓研究人員感到興奮的是，小來可能能對對高熵材料的研究做出貢獻(xiàn)，這是能源工業(yè)中一個至關(guān)重要的領(lǐng)域。
科學(xué)家們最近專注于為這種材料尋找催化劑，這可以提高氫電池的穩(wěn)定性，以及其他應(yīng)用。根據(jù)該研究小組的網(wǎng)站，“小來”正被用來尋找此類催化劑的最佳配方，從而提高電化學(xué)儲能的效率。
據(jù)尚教授介紹，模塊化的設(shè)計使得機器人非常多才多藝，可以根據(jù)需要來增加更多的實驗工作站或計算機構(gòu)。
論文中稱：“小來”實際上由兩個移動機器人和15個工作站組成。有了一個服務(wù)平臺和一個獨立的計算大腦，它就相當(dāng)于一群組織良好的人類化學(xué)家。”
機器人的人工智能由三個模塊組成:可以自動閱讀大量文獻(xiàn)的機器閱讀模塊、進(jìn)行各種化學(xué)實驗的移動機器人模塊和基于理論計算生成預(yù)測模型的計算大腦模塊。
其中一個研究小組的演示視頻展示了機器人在為高熵材料制造催化劑時必須面對的復(fù)雜性。
首先，小來瀏覽了所有現(xiàn)有的相關(guān)文獻(xiàn)，其中包括1.6萬篇論文。然后用五種金屬組成催化劑。在這種情況下，小來從11.8萬種可能的元素組合中選擇了錳、銅、鈷、鎳和鋅作為候選元素。
選好部件后，下一個任務(wù)是確定每個元素的比例。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，小來首先在分子動力學(xué)中進(jìn)行了計算，得到了所有可能的構(gòu)型。然后，小來對每種構(gòu)型的理論催化性能進(jìn)行了評價。在列出所有可行的模擬之后，它對每種配置進(jìn)行合成、表征和性能實驗室測試。
在進(jìn)行了207次試驗后，數(shù)據(jù)被上傳到一個云服務(wù)器上，機器人的計算大腦在那里總結(jié)和分析結(jié)果。
研究人員說，如果使用傳統(tǒng)的研究方法，這項研究將需要數(shù)百年的時間來確定最佳的催化劑配方，但是小來用了五個星期就完成了。
機器學(xué)習(xí)概念渲染圖
除了開發(fā)高熵催化劑外，小來還能解決其他問題，準(zhǔn)確地制造出有用的化學(xué)品。比如改變材料的氫摻雜濃度以提高光催化性能，優(yōu)化發(fā)光材料，尋找光學(xué)薄膜材料。
中科院化學(xué)研究所的一位研究人員說：“人工智能化學(xué)家在開發(fā)天然產(chǎn)物的合成路徑方面具有優(yōu)勢，因為在這種情況下，反應(yīng)路徑總是漫長而復(fù)雜的，而在計算機在這類復(fù)雜計算中的表現(xiàn)要優(yōu)于人腦。”
研究人員還為小來開發(fā)了相應(yīng)的虛擬服務(wù)平臺。計算機程序可以與機器人通信或定制實驗協(xié)議。結(jié)果可以在平臺上可視化。
然而，中科大的一名研究人員指出了機器人的局限性。“人工智能化學(xué)家只能從現(xiàn)有的知識中獲取信息，并在已知的技術(shù)中進(jìn)行實驗，未來的發(fā)現(xiàn)在很大程度上仍依賴于人類科學(xué)家開發(fā)新理論和發(fā)明新技術(shù)。”
