„Umělý chemik“ provede chemické reakce

Umělá inteligence (AI) se dostává do každého oboru, včetně chemie. V poslední inovaci výzkumníci z North Carolina State University a University at Buffalo vyvinuli novou technologii nazvanou „Umělý chemik“. Tato technologie využívá umělou inteligenci a automatizovaný systém pro provedení chemických reakcí, což urychluje výzkum, vývoj a výrobu komerčních materiálů.

Článek s názvem „Umělý chemik: autonomní robot pro syntézu kvantových teček“ je zveřejněn v Advanced Materials.

Experimenty prokazující koncept

Výzkumníci prokázali v experimentech prokazujících koncept, že nástroj může identifikovat a vyprodukovat nejlepší možné kvantové tečky pro jakoukoli barvu. To je schopno udělat za 15 minut nebo méně. Kvantové tečky se používají v aplikacích, jako jsou LED displeje, a jsou koloidními polovodičovými nanokrystalickými částicemi.

Podle výzkumníků je Umělý chemik také schopen identifikovat nejlepší materiál pro různé měřitelné vlastnosti, a not only kvantové tečky.

Milad Abolhasani je asistent profesora chemického a biochemického inženýrství na NC State a korespondenční autor článku.

„Umělý chemik je skutečně autonomní systém, který může inteligentně navigovat skrz chemický vesmír,“ říká Abolhasani. „V současné době je Umělý chemik navržen pro materiály zpracované v roztoku – to znamená, že funguje pro materiály, které lze vyrobit pomocí kapalných chemických prekurzorů. Materiály zpracované v roztoku zahrnují vysoké materiály, jako jsou kvantové tečky, kovové/kovové oxidové nanočástice, kovové organické rámce (MOF) a tak dále.

„Umělý chemik je podobný samořiditelnému autu, ale samořiditelné auto má alespoň konečný počet tras, které může zvolit, aby dosáhlo své předem vybrané destinace. S Umělým chemikem mu dáte sadu požadovaných parametrů, které jsou vlastnosti, které chcete, aby měl konečný materiál. Umělý chemik musí vymyslet všechno ostatní, jako jsou chemické prekurzory a syntetická trasa, a to při minimalizaci spotřeby těchto chemických prekurzorů.

„Konečným výsledkem je plně autonomní technologie vývoje materiálů, která nejen pomáhá najít ideální řešení zpracované v roztoku rychleji než jakékoli současné techniky, ale dělá to pomocí malých množství chemických prekurzorů. To výrazně snižuje odpad a činí proces vývoje materiálů mnohem méně nákladným.“

„Tělo“ a „mozek“

Umělý chemik je schopen provádět experimenty a vnímat výsledky experimentů, stejně jako zaznamenávat data a určovat další experiment.

„Tělo“ Umělého chemika zahrnovalo a automatizovalo dva specifické platformy pro syntézu toku v jeho testování konceptu: Nanocrystal Factory a NanoRobo. Zatímco technologie byla schopna běžet 500 experimentů se syntézou kvantových teček denně, Abolhasani věří, že číslo by mohlo být 1 000.

„Mozek“ Umělého chemika je program AI, který je schopen charakterizovat materiály, které jsou syntetizovány tělem. Data jsou pak použita pro autonomní rozhodnutí o experimentálních podmínkách pro další experiment. Tato rozhodnutí se týkají nejefektivnější cesty k dosažení nejlepších materiálů.

Umělý chemik zlepšuje svou schopnost identifikovat správný materiál s časem tím, že ukládá data, která jsou generována z každé žádosti, kterou obdrží.

Když se jedná o rozhodnutí AI o tom, jaký bude další experiment, výzkumníci otestovali devět různých politik. Prostřednictvím série požadavků byl Umělý chemik požádán, aby identifikoval nejlepší materiál kvantových teček pro tři různé výstupní parametry.

Výsledky ukázaly, že byl schopen identifikovat nejlepší kvantovou tečku za jednu a půl hodiny. Nicméně, toto časové období bylo sníženo na 10 až 15 minut poté, co měl předchozí znalosti.

“Věřím, že autonomní výzkum a vývoj materiálů umožněný Umělým chemikem může změnit budoucnost vývoje a výroby materiálů,” řekl Abolhasani. “Teď hledám partnery, kteří mi pomohou přenést techniku z laboratoře do průmyslového sektoru.”