“Artificiell kemist” utför kemiska reaktioner

Artificiell intelligens (AI) gör sitt intåg i alla områden, inklusive kemi. I den senaste innovationen har forskare från North Carolina State University och University at Buffalo utvecklat en ny teknik som kallas “Artificiell kemist”. Tekniken använder artificiell intelligens och ett automatiserat system för att utföra kemiska reaktioner, vilket påskyndar forskning, utveckling och tillverkning av kommersiella material.

Artikeln med titeln “Artificiell kemist: En autonom kvantdotsyntesbot” publiceras i Advanced Materials.

Bevis för konceptexperimenter

Forskarna visade i bevis för konceptexperimenter att verktyget kan identifiera och producera de bästa möjliga kvantdots för valfri färg. Det kan göra detta på 15 minuter eller mindre. Kvantdots används i tillämpningar som LED-skärmar och är kolloidala halvledarnanokristaller.

Enligt forskarna kan den artificiella kemisten också identifiera det bästa materialet för en mängd olika mätbara egenskaper, inte bara kvantdots.

Milad Abolhasani är biträdande professor i kemisk och biomolekylär ingenjörsvetenskap vid NC State och en korresponderande författare till artikeln.

“Den artificiella kemisten är ett verkligt autonomt system som kan intelligently navigera genom den kemiska universumet”, säger Abolhasani. “För närvarande är den artificiella kemisten utformad för lösningar som kan bearbetas – det fungerar för material som kan tillverkas med flytande kemiska föregångare. Lösningar som kan bearbetas inkluderar högvärdesmaterial som kvantdots, metall/metalloxidnanopartiklar, metallorganiska ramar (MOF) och så vidare.

“Den artificiella kemisten liknar en självkörande bil, men en självkörande bil har åtminstone ett ändligt antal rutter att välja mellan för att nå sitt förvalda mål. Med den artificiella kemisten ger du den en uppsättning önskade parametrar, som är egenskaperna du vill att det slutliga materialet ska ha. Den artificiella kemisten måste ta reda på allt annat, som vilka kemiska föregångare som kommer att användas och vilken syntetisk väg som kommer att användas, samtidigt som den minimerar konsumtionen av dessa kemiska föregångare.

“Slutresultatet är en fullständigt autonom materialutvecklingsteknik som inte bara hjälper dig att hitta det ideala lösningen för material som kan bearbetas snabbare än någon teknik som för närvarande används, utan den gör det också med hjälp av små mängder kemiska föregångare. Det minskar avsevärt avfallet och gör materialutvecklingsprocessen mycket mindre kostsam.”

“Kroppen” och “hjärnan”

Den artificiella kemisten kan utföra experiment och känna av de experimentella resultaten, samt spela in data och bestämma nästa experiment.

Den artificiella kemistens “kropp” inkorporerade och automatiserade två specifika flödessyntesplattformar i sin bevis för koncepttestning: Nanokristallfabrik och Nanorobo. Medan tekniken kunde köra 500 kvantdotsyntesexperiment per dag, tror Abolhasani att antalet kunde vara 1 000.

“Hjärnan” i den artificiella kemisten är ett AI-program som kan karakterisera materialen som syntetiseras av kroppen. Data används sedan för att fatta autonoma beslut om experimentella förhållanden för nästa experiment. Dessa beslut handlar om vilken är den mest effektiva vägen för att uppnå den bästa materialetsammansättningen.

Den artificiella kemisten förbättrar sin förmåga att identifiera rätt material över tiden genom att lagra data som genereras från varje begäran den får.

När det gäller AI som bestämmer vad nästa experiment ska vara, testade forskarna nio olika policys. Genom en serie begäran bad den artificiella kemisten att identifiera det bästa kvantdotsmaterialet för tre olika utdataparametrar.

Resultaten visade att den kunde identifiera det bästa kvantdotsmaterialet inom en och en halv timme. Men den tiden reducerades till 10-15 minuter efter att den hade förkunskaper.

“Jag tror att autonom materialforskning och utveckling som möjliggörs av den artificiella kemisten kan förändra framtiden för materialutveckling och tillverkning”, sa Abolhasani. “Jag söker nu efter partners för att hjälpa oss att överföra tekniken från laboratoriet till den industriella sektorn.”