В экспериментальных экспериментах исследователи продемонстрировали, что искусственный химик может идентифицировать и создавать наилучшие возможные квантовые точки любого цвета за 15 минут или меньше. Квантовые точки – это коллоидные полупроводниковые нанокристаллы, которые используются в таких приложениях, как светодиодные дисплеи.
Однако исследователи быстро отмечают, что химик-искусственник может определить лучший материал, соответствующий любому набору измеряемых свойств, а не только квантовым точкам.
«Искусственный химик – это действительно автономная система, которая может разумно перемещаться по химической вселенной», – говорит Милад Аболхасани, автор статьи о работе и доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии в NC State. «В настоящее время программа« Искусственный химик »предназначена для материалов, обработанных в растворе, то есть она работает с материалами, которые могут быть изготовлены с использованием жидких химических прекурсоров. Материалы, обработанные в растворе, включают ценные материалы, такие как квантовые точки, наночастицы металлов / оксидов металлов, металлоорганические каркасы (MOF) и т. Д.
«Искусственный химик похож на беспилотный автомобиль, но у беспилотного автомобиля есть по крайней мере ограниченное количество маршрутов на выбор, чтобы добраться до заранее выбранного пункта назначения.
С Artificial Chemist вы даете ему набор желаемых параметров, которые являются свойствами, которые вы хотите, чтобы окончательный материал имел. Искусственный химик должен выяснить все остальное, например, какими будут химические прекурсоры и каким будет путь синтеза, при минимальном потреблении этих химических прекурсоров.
«Конечным результатом является полностью автономная технология разработки материалов, которая не только помогает вам найти идеальный обработанный в растворе материал быстрее, чем любые методы, используемые в настоящее время, но и делает это с использованием крошечных количеств химических прекурсоров. Это значительно сокращает количество отходов и делает процесс разработки материалов намного дешевле."
У искусственного химика есть как «тело» для проведения экспериментов и восприятия результатов экспериментов, так и «мозг» для записи этих данных и их использования для определения того, каким будет следующий эксперимент.
Для проверки их концепции тело искусственного химика включило в себя автоматизированные платформы синтеза нанокристаллов и потокового синтеза NanoRobo, разработанные в лаборатории Аболхасани. Платформа искусственного химика продемонстрировала, что может проводить 500 экспериментов по синтезу квантовых точек в день, хотя, по оценкам Аболхасани, она может проводить до 1000 экспериментов.
Мозг искусственного химика – это программа ИИ, которая характеризует материалы, синтезируемые организмом, и использует эти данные для принятия автономных решений о том, какими будут следующие экспериментальные условия.
Он основывает свои решения на том, что, по его мнению, будет наиболее эффективно продвигать его к лучшему составу материала с желаемыми свойствами и показателями производительности.
«Мы пытались имитировать процесс, который люди используют при принятии решений, но более эффективно», – говорит Аболхасани.
Например, искусственный химик позволяет «передавать знания», что означает, что он хранит данные, сгенерированные по каждому полученному запросу, ускоряя процесс идентификации следующего материала-кандидата, с которым ему предстоит работать. Другими словами, химик-искусственник со временем становится умнее и быстрее в определении нужного материала.
Для доказательства концепции исследователи протестировали девять различных политик того, как ИИ использует данные, чтобы решить, каким будет следующий эксперимент. Затем они выполнили серию запросов, каждый раз прося искусственного химика определить материал квантовых точек, который лучше всего подходит для трех различных выходных параметров.
«Мы нашли политику, которая, даже без предварительных знаний, может определить лучшую возможную квантовую точку в течение 25 экспериментов или примерно полутора часов», – говорит Аболхасани. «Но как только искусственный химик получил предварительные знания – а это означает, что он уже обработал один или несколько запросов на целевой материал, – он мог определить оптимальный материал для новых свойств за 10-15 минут.
«Мы обнаружили, что химик-искусственник может также быстро определять границы свойств материалов для заданного набора исходных химических прекурсоров, так что химикам и материаловедам не нужно тратить свое время на изучение различных условий синтеза.
«Я считаю, что исследования и разработки в области автономных материалов, проводимые компанией Artificial Chemist, могут изменить будущее разработки и производства материалов», – говорит Аболхасани. «Сейчас я ищу партнеров, которые помогут нам перенести технику из лаборатории в промышленный сектор."