“인공 화학자” 화학 반응 수행

인공지능(AI)은 화학을 포함한 모든 분야로 확장되고 있다. 최근 노스 캐롤라이나 주립 대학교와 버팔로 대학교의 연구진은 “인공 화학자”라는 새로운 기술을 개발하였다. 이 기술은 인공지능과 자동화 시스템을 사용하여 화학 반응을 수행하며, 이는 상업적 재료의 연구, 개발, 및 제조를 가속화한다.

제목이 “인공 화학자: 자율적인 양자 점 합성 로봇”인 논문은 Advanced Materials에 발표되었다.

개념 증명 실험

연구진은 개념 증명 실험에서 이 도구가任意 색상의 최적의 양자 점을 식별하고 생성할 수 있음을 보여주었다. 이는 15분 이내에 수행할 수 있다. 양자 점은 LED 디스플레이와 같은 응용 분야에서 사용되는 콜로이드 반도체 나노 크리스탈이다.

연구진에 따르면, 인공 화학자는 양자 점뿐만 아니라 다양한 측정 가능한 속성에 대한 최적의 재료를 식별할 수 있다.

밀라드 아볼하사니는 노스 캐롤라이나 주립 대학교의 화학 및 생물학적 공학 조교수이며, 이 논문의 공동 저자이다.

“인공 화학자는真正 자율적인 시스템으로, 화학 우주를 지능적으로 탐색할 수 있다”라고 아볼하사니는 말했다. “현재, 인공 화학자는 용액 처리된 재료를 위한 것으로 설계되어 있다. 즉, 액체 화학 전구체를 사용하여 만들 수 있는 재료를 위한 것이다. 용액 처리된 재료에는 양자 점, 금속/금속 산화 나노 입자, 금속 유기 프레임워크(MOFs) 등이 포함된다.

“인공 화학자는 자율 주행 자동차와 유사하지만, 자율 주행 자동차는 최소한 목적지에 도달하기 위한 유한한 수의 경로를 선택할 수 있다. 인공 화학자에게는 원하는 매개 변수를 설정하면, 즉 최종 재료의 속성을 설정하면, 인공 화학자는 나머지 모든 것을 결정해야 한다. 즉, 화학 전구체가 무엇인지, 합성 경로가 무엇인지, 그리고 화학 전구체의 소비를 최소화하는 방법을 결정해야 한다.

“결과적으로, 완전히 자율적인 재료 개발 기술이 개발된다. 이는 현재 사용 중인 기술보다 훨씬 더 빠르게 최적의 용액 처리된 재료를 찾을 수 있으며, 이를 통해 폐기물이 크게 줄어들고 재료 개발 과정의 비용이 크게 줄어든다.”

“몸”과 “뇌”

인공 화학자는 실험을 수행하고 실험 결과를 감지하며, 데이터를 기록하고 다음 실험을 결정할 수 있다.

인공 화학자의 “몸”은 두 가지 특정한 유동 합성 플랫폼을 포함한다. 즉, 나노 크리스탈 공장과 나노 로보이다. 이 기술은 하루에 500개의 양자 점 합성 실험을 수행할 수 있으며, 아볼하사니는 이 숫자가 1,000이 될 수 있을 것이라고 믿는다.

인공 화학자의 “뇌”는 합성된 재료를 특성화할 수 있는 인공지능 프로그램이다. 이 데이터는 다음 실험의 실험 조건에 대한 자율적인 결정에 사용된다. 즉, 최적의 재료 조성을 달성하기 위한 가장 효율적인 경로를 결정한다.

인공 화학자는 요청을 받은 모든 데이터를 저장함으로써 재료를 식별하는 능력을 향상시킨다.

연구진은 9가지 다른 정책을 테스트하였다. 인공 화학자는 세 가지 다른 출력 매개 변수에 대한 최적의 양자 점 재료를 식별하도록 요청받았다.

결과는 1.5시간 이내에 최적의 양자 점을 식별할 수 있음을 보여주었다. 그러나, 이전 지식을 가진 경우, 이 시간은 10~15분으로 줄어들었다.

“인공 화학자가 가능하게 한 자율적인 재료 연구 개발은 재료 개발과 제조의 미래를 재정의할 수 있을 것이라고 믿는다”라고 아볼하사니는 말했다. “현재, 나는 이 기술을 연구실에서 산업 분야로 이전하는 것을 도와줄 파트너를 찾고 있다.”