Forskare från North Carolina State University och University at Buffalo har utvecklat en teknik som heter "Artificiell kemist, " som innehåller artificiell intelligens (AI) och ett automatiserat system för att utföra kemiska reaktioner för att påskynda FoU och tillverkning av kommersiellt önskvärda material.

I proof-of-concept-experiment, forskarna visade att Artificial Chemist kan identifiera och producera bästa möjliga kvantprickar för vilken färg som helst på 15 minuter eller mindre. Kvantprickar är kolloidala halvledarnanokrystaller, som används i applikationer som LED -skärmar.

Dock, forskarna är snabba att notera att artificiell kemist kan identifiera det bästa materialet för att uppfylla alla mätbara egenskaper – inte bara kvantprickar.

"Artificiell kemist är ett verkligt autonomt system som intelligent kan navigera genom det kemiska universum, säger Milad Abolhasani, motsvarande författare till en artikel om arbetet och en biträdande professor i kemisk och biomolekylär ingenjörskonst vid NC State. "För närvarande, Artificiell kemist är designad för lösningsbearbetade material - vilket innebär att det fungerar för material som kan tillverkas med flytande kemiska prekursorer. Lösningsförädlade material inkluderar högvärdiga material som kvantprickar, metall/metalloxid nanopartiklar, organiska metallramar (MOF), och så vidare.

"Den konstgjorda kemisten liknar en självkörande bil, men en självkörande bil har åtminstone ett begränsat antal rutter att välja mellan för att nå sin förvalda destination. Med konstgjord kemist, du ger den en uppsättning önskade parametrar, vilka är de egenskaper du vill att det slutliga materialet ska ha. Artificiell kemist måste ta reda på allt annat, till exempel vad de kemiska prekursorerna kommer att vara och vad den syntetiska vägen kommer att vara, samtidigt som förbrukningen av dessa kemiska prekursorer minimeras.

"Slutresultatet är en helt autonom materialutvecklingsteknik som inte bara hjälper dig att hitta det ideala lösningsförädlade materialet snabbare än någon teknik som för närvarande används, men det gör det med små mängder kemiska prekursorer. Det minskar avfallet avsevärt och gör materialutvecklingsprocessen mycket billigare."

Den konstgjorda kemisten har både en "kropp" för att utföra experiment och känna av experimentella resultat, och en "hjärna" för att registrera den datan och använda den för att bestämma vad nästa experiment kommer att bli.

För deras proof-of-concept test, Artificiell kemists kropp inkorporerade den automatiserade Nanocrystal Factory och NanoRobo flödessyntesplattformar utvecklade i Abolhasanis labb. Den artificiella kemistplattformen har visat att den kan köra 500 quantum dot -syntesförsök per dag, även om Abolhasani uppskattar att det kan köras så många som 1, 000.

Artificiell kemists hjärna är ett AI -program som kännetecknar de material som syntetiseras av kroppen och använder dessa data för att fatta autonoma beslut om vad nästa uppsättning experimentella förhållanden kommer att vara. Den baserar sina beslut på vad den bestämmer kommer att mest effektivt flytta den mot den bästa materialkompositionen med önskade egenskaper och prestandamått.

"Vi försökte efterlikna processen som människor använder när de fattar beslut, men mer effektivt, "Säger Abolhasani.

Till exempel, Konstgjord kemist tillåter "kunskapsöverföring, "vilket betyder att den lagrar data som genereras från varje begäran den får, påskynda processen för att identifiera nästa kandidatmaterial som den har till uppgift. Med andra ord, Artificiell kemist blir smartare och snabbare med tiden på att identifiera rätt material.

För deras bevis på koncept, forskarna testade nio olika policyer för hur AI använder data för att avgöra vad nästa experiment ska bli. De körde sedan en rad förfrågningar, varje gång frågade konstgjord kemist att identifiera ett kvantpunktmaterial som passade bäst för tre olika utmatningsparametrar.

"Vi hittade en policy som även utan förkunskaper, kunde identifiera den bästa möjliga kvantpunkten inom 25 experiment, eller ungefär en och en halv timme, " Abolhasani säger. "Men när artificiell kemist hade förkunskaper – vilket betyder att den redan hade hanterat en eller flera målmaterialförfrågningar – kunde den identifiera det optimala materialet för nya egenskaper på 10 till 15 minuter.

"Vi fann att artificiell kemist också snabbt kunde identifiera gränserna för materialegenskaper för en given uppsättning startkemiska prekursorer, så att kemister och materialvetare inte behöver slösa sin tid på att utforska olika syntesförhållanden.

"Jag tror att autonom material FoU som möjliggörs av artificiell kemist kan omforma framtiden för materialutveckling och tillverkning, "Abolhasani säger." Jag letar nu efter partners för att hjälpa oss att överföra tekniken från labbet till industrisektorn. "

Pappret, "Artificiell kemist:En autonom Quantum Dot Synthesis Bot, " publiceras i tidskriften Avancerade material .