“Kunstmatige Chemist” Voert Chemische Reacties Uit

Kunstmatige Intelligentie (AI) maakt zijn weg in elk vakgebied, inclusief Chemie. In de laatste innovatie hebben onderzoekers van de North Carolina State University en de University at Buffalo een nieuwe technologie ontwikkeld genaamd “Kunstmatige Chemist.” De technologie gebruikt kunstmatige intelligentie en een geautomatiseerd systeem om chemische reacties uit te voeren, waardoor het onderzoek, de ontwikkeling en de productie van commerciële materialen worden versneld. 

Het artikel met de titel “Kunstmatige Chemist: Een Autonome Quantum Dot Synthese Bot,” is gepubliceerd in Advanced Materials. 

Bewijs van Concept Experimenten

De onderzoekers toonden in bewijs van concept experimenten aan dat het instrument de beste mogelijke quantum dots voor elke kleur kan identificeren en produceren. Het kan dit doen binnen 15 minuten of minder. Quantum dots worden gebruikt in toepassingen zoals LED-schermen en zijn colloïdale halfgeleider nanokristallen.

Volgens de onderzoekers kan de Kunstmatige Chemist ook het beste materiaal identificeren voor een verscheidenheid aan meetbare eigenschappen, en niet alleen quantum dots. 

Milad Abolhasani is een assistent-professor in de chemische en biomoleculaire techniek aan NC State en een corresponderend auteur van het artikel. 

“Kunstmatige Chemist is een echt autonoom systeem dat intelligent door het chemische universum kan navigeren,” zegt Abolhasan. “Momenteel is Kunstmatige Chemist ontworpen voor materiaal dat met vloeibare chemische precursoren kan worden gemaakt – met andere woorden, het werkt voor materiaal dat kan worden gemaakt met behulp van vloeibare chemische precursoren. Materiaal dat met vloeibare chemische precursoren kan worden gemaakt, omvat waardevolle materialen zoals quantum dots, metaal/metaaloxide nanopartikels, metaal-organische kaders (MOF’s) enz.

“De Kunstmatige Chemist is vergelijkbaar met een zelfrijdende auto, maar een zelfrijdende auto heeft tenminste een eindig aantal routes om uit te kiezen om zijn vooraf geselecteerde bestemming te bereiken. Met Kunstmatige Chemist geef je het een set gewenste parameters, die de eigenschappen zijn die je wilt dat het eindmateriaal heeft. Kunstmatige Chemist moet alles anders zelf uitvinden, zoals wat de chemische precursoren zullen zijn en wat de synthetische route zal zijn, terwijl het de consumptie van die chemische precursoren minimaliseert.

“Het eindresultaat is een volledig autonome materiaalontwikkelingstechnologie die niet alleen helpt om het ideale oplossing-verwerkte materiaal sneller te vinden dan enige techniek die momenteel in gebruik is, maar doet dit met behulp van kleine hoeveelheden chemische precursoren. Dat vermindert aanzienlijk het afval en maakt het materiaalontwikkelingsproces veel minder duur.”

De “Lichaam” en “Brein” 

De Kunstmatige Chemist kan experimenten uitvoeren en de experimentele resultaten waarnemen, evenals de gegevens opnemen en bepalen welk volgend experiment moet worden uitgevoerd. 

Het “lichaam” van de Kunstmatige Chemist omvatte en automatiseerde twee specifieke flow-syntheseprocessen in zijn proof-of-concept testen: Nanocrystal Factory en NanoRobo. Terwijl de technologie in staat was om 500 quantum dot-synthese-experimenten per dag uit te voeren, gelooft Abolhasani dat dit aantal 1.000 kan zijn. 

Het “brein” van de Kunstmatige Chemist is een AI-programma dat in staat is om de materialen te karakteriseren die door het lichaam worden gesynthetiseerd. De gegevens worden vervolgens gebruikt om autonome beslissingen te nemen over experimentele omstandigheden voor het volgende experiment. Die beslissingen draaien om wat de meest efficiënte weg is om de beste materiaalsamenstellingen te bereiken. 

De Kunstmatige Chemist verbetert zijn mogelijkheid om het juiste materiaal te identificeren na verloop van tijd door gegevens op te slaan die gegenereerd worden door elke aanvraag die hij ontvangt. 

Wanneer het gaat om de AI die beslist wat het volgende experiment zal zijn, hebben de onderzoekers negen verschillende beleidsregels getest. Door een reeks aanvragen vroegen de onderzoekers de Kunstmatige Chemist om het beste quantum dot-materiaal te identificeren voor drie verschillende uitvoerparameters. 

De resultaten toonden aan dat het in staat was om het beste quantum dot-materiaal te identificeren binnen een uur en een half. Echter, die tijd werd teruggebracht tot 10 tot 15 minuten nadat het voorafgaande kennis had. 

“Ik geloof dat autonome materiaalontwikkeling en -onderzoek, mogelijk gemaakt door Kunstmatige Chemist, de toekomst van materiaalontwikkeling en -productie kunnen veranderen,” zei Abolhasani. “Ik zoek nu naar partners om ons te helpen de techniek van het lab naar de industriële sector over te zetten.”