“Kunstmatige Chemist” Voert Chemische Reacties Uit

Kunstmatige intelligentie (AI) maakt zijn weg in elk vakgebied, inclusief scheikunde. In de laatste innovatie hebben onderzoekers van de North Carolina State University en de University at Buffalo een nieuwe technologie ontwikkeld genaamd “Kunstmatige Chemist”. Deze 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 Kwantumdot Synthese Bot” is gepubliceerd in Advanced Materials.

Bewijs van Concept Experiments

De onderzoekers hebben in bewijs van concept-experimenten aangetoond dat het instrument de beste mogelijke kwantumdots voor elke kleur kan identificeren en produceren. Het kan dit doen binnen 15 minuten of minder. Kwantumdots 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 voor kwantumdots.

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 oplossing-verwerkte materialen – wat betekent dat het werkt voor materialen die kunnen worden gemaakt met vloeibare chemische precursoren. Oplossing-verwerkte materialen omvatten waardevolle materialen zoals kwantumdots, metaal/metaaloxide nanopartikels, metaal-organische kaders (MOF’s) enzovoort.

“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 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 ook met kleine hoeveelheden chemische precursoren. Dat vermindert de afvalstoffen aanzienlijk en maakt het materiaalontwikkelingsproces veel minder duur.”

Het “Lichaam” en “Brein”

Kunstmatige Chemist kan experimenten uitvoeren en de experimentele resultaten waarnemen, evenals de gegevens opnemen en de volgende experiment bepalen.

Het “lichaam” van Kunstmatige Chemist omvatte en automatiseerde twee specifieke flow-synthesepplatforms in zijn proof-of-concept-testen: Nanocrystal Factory en NanoRobo. Terwijl de technologie 500 kwantumdot-synthese-experimenten per dag kon uitvoeren, gelooft Abolhasan dat dit aantal 1.000 kan zijn.

Het “brein” van 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 route is om de beste materiaalsamenstellingen te bereiken.

Kunstmatige Chemist verbetert zijn mogelijkheid om het juiste materiaal te identificeren door de loop van de tijd door gegevens op te slaan die worden gegenereerd 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 werd Kunstmatige Chemist gevraagd om het beste kwantumdotmateriaal te identificeren voor drie verschillende uitvoerparameters.

De resultaten toonden aan dat het in staat was om het beste kwantumdot binnen een uur en een half te identificeren. 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 herschappen”, zei Abolhasan. “Ik zoek nu naar partners om ons te helpen de techniek van het lab naar de industriële sector over te brengen.”