En ny teknik, kallas Artificiell kemist 2.0, tillåter användare att gå från att begära en anpassad kvantprick till att slutföra relevant FoU och påbörja tillverkningen på mindre än en timme. Tekniken är helt autonom, och använder artificiell intelligens (AI) och automatiserade robotsystem för att utföra kemisk syntes och analys i flera steg.

Kvantpunkter är kolloidala halvledarnanokristaller, som används i applikationer som LED-skärmar och solceller.

"När vi rullade ut den första versionen av Artificial Chemist, det var ett proof of concept, säger Milad Abolhasani, motsvarande författare till en artikel om arbetet och en biträdande professor i kemisk och biomolekylär teknik vid North Carolina State University. "Artificial Chemist 2.0 är industriellt relevant för både FoU och tillverkning."

Ur användarsynpunkt, hela processen består i huvudsak av tre steg. Först, en användare berättar för Artificial Chemist 2.0 parametrarna för de önskade kvantprickarna. Till exempel, vilken färg ljus vill du producera? Det andra steget är faktiskt FoU-stadiet, där Artificial Chemist 2.0 självständigt genomför en serie snabba experiment, så att den kan identifiera det optimala materialet och det mest effektiva sättet att producera det materialet. Tredje, systemet går över till att tillverka önskad mängd av materialet.

"Kvantprickar kan delas upp i olika klasser, " Abolhasani säger. "Till exempel, väl studerade II-VI, IV-VI, och III-V material, eller de nyligen framväxande metallhalogenidperovskiterna, och så vidare. I grund och botten, varje klass består av en rad material som har liknande kemi.

"Och första gången du satte upp Artificial Chemist 2.0 för att producera kvantprickar i en given klass, roboten kör självständigt en uppsättning aktiva lärandeexperiment. Så här lär sig robotsystemets hjärna materialkemi, " säger Abolhasani. "Beroende på materialklassen, detta inlärningsskede kan ta mellan en och 10 timmar. Efter den aktiva inlärningsperioden en gång, Artificial Chemist 2.0 kan identifiera den bästa möjliga formuleringen för att producera de önskade kvantprickarna från 20 miljoner möjliga kombinationer med flera tillverkningssteg på 40 minuter eller mindre."

Forskarna noterar att FoU-processen nästan säkert kommer att bli snabbare varje gång människor använder den, eftersom AI-algoritmen som kör systemet kommer att lära sig mer – och bli mer effektiv – med varje material som den ombeds att identifiera.

Artificial Chemist 2.0 innehåller två kemiska reaktorer, som fungerar i en serie. Systemet är designat för att vara helt autonomt, och tillåter användare att byta från ett material till ett annat utan att behöva stänga av systemet.

"För att göra detta framgångsrikt, vi var tvungna att konstruera ett system som inte lämnar några kemikalierester i reaktorerna och som låter det AI-styrda robotsystemet lägga till rätt ingredienser, vid rätt tillfälle, när som helst i materialproduktionsprocessen i flera steg, " Abolhasani säger. "Så det var vad vi gjorde.

"Vi är entusiastiska över vad detta betyder för specialkemikalieindustrin. Det accelererar verkligen FoU till att öka hastigheten, men det är också kapabelt att göra kilogram per dag av högt värde, exakt konstruerade kvantprickar. Det är industriellt relevanta mängder material."

Pappret, "Självdriven kvantpunktssyntes i flera steg aktiverad av autonoma robotexperiment i flöde, " visas öppen tillgång i journalen Avancerade intelligenta system.