Onderzoekers van de North Carolina State University en de University in Buffalo hebben een technologie ontwikkeld met de naam "Artificial Chemist, " waarin kunstmatige intelligentie (AI) en een geautomatiseerd systeem voor het uitvoeren van chemische reacties zijn verwerkt om R&D en productie van commercieel wenselijke materialen te versnellen.

In proof-of-concept-experimenten, de onderzoekers toonden aan dat Artificial Chemist in 15 minuten of minder de best mogelijke kwantumstippen voor elke kleur kan identificeren en produceren. Quantum dots zijn colloïdale halfgeleider nanokristallen, die worden gebruikt in toepassingen zoals LED-displays.

Echter, de onderzoekers merken snel op dat Artificial Chemist het beste materiaal kan identificeren om aan elke reeks meetbare eigenschappen te voldoen - niet alleen kwantumstippen.

"Artificial Chemist is een echt autonoom systeem dat intelligent door het chemische universum kan navigeren, " zegt Milad Abolhasani, corresponderende auteur van een paper over het werk en een assistent-professor chemische en biomoleculaire engineering bij NC State. "Momenteel, Artificial Chemist is ontworpen voor in oplossing verwerkte materialen, wat betekent dat het werkt voor materialen die kunnen worden gemaakt met vloeibare chemische voorlopers. Oplossingsverwerkte materialen omvatten hoogwaardige materialen zoals kwantumdots, metaal/metaaloxide nanodeeltjes, metalen organische raamwerken (MOF's), enzovoort.

"De kunstmatige chemicus is vergelijkbaar met een zelfrijdende auto, maar een zelfrijdende auto heeft op zijn minst een eindig aantal routes om uit te kiezen om zijn vooraf geselecteerde bestemming te bereiken. Met Kunstmatige Chemicus, je geeft het een set van gewenste parameters, welke eigenschappen u wilt dat het uiteindelijke materiaal heeft. Kunstmatige chemicus moet al het andere uitzoeken, zoals wat de chemische voorlopers zullen zijn en wat de syntheseroute zal zijn, terwijl het verbruik van die chemische voorlopers tot een minimum wordt beperkt.

"Het eindresultaat is een volledig autonome materiaalontwikkelingstechnologie die u niet alleen helpt om sneller het ideale, in een oplossing verwerkte materiaal te vinden dan welke technieken dan ook die momenteel worden gebruikt, maar het doet dit met behulp van kleine hoeveelheden chemische voorlopers. Dat vermindert de verspilling aanzienlijk en maakt het materiaalontwikkelingsproces veel goedkoper."

De Kunstmatige Chemicus heeft zowel een "lichaam" voor het uitvoeren van experimenten als het waarnemen van de experimentele resultaten, en een "brein" om die gegevens vast te leggen en te gebruiken om te bepalen wat het volgende experiment zal zijn.

Voor hun proof-of-concept testen, Het lichaam van de kunstmatige chemicus omvatte de geautomatiseerde Nanocrystal Factory en NanoRobo-stroomsyntheseplatforms die zijn ontwikkeld in het laboratorium van Abolhasani. Het Artificial Chemist-platform heeft aangetoond dat het 500 quantum dot-synthese-experimenten per dag kan uitvoeren, hoewel Abolhasani schat dat het er maar liefst 1 zou kunnen zijn. 000.

Het brein van de kunstmatige chemicus is een AI-programma dat de materialen karakteriseert die door het lichaam worden gesynthetiseerd en die gegevens gebruikt om autonome beslissingen te nemen over wat de volgende reeks experimentele omstandigheden zal zijn. Het baseert zijn beslissingen op wat het vaststelt dat het het meest efficiënt zal verplaatsen naar de beste materiaalsamenstelling met de gewenste eigenschappen en prestatiestatistieken.

"We hebben geprobeerd het proces na te bootsen dat mensen gebruiken bij het nemen van beslissingen, maar efficiënter, ' zegt Abolhasani.

Bijvoorbeeld, Kunstmatige chemicus maakt "kennisoverdracht, " wat betekent dat het gegevens opslaat die zijn gegenereerd op basis van elk verzoek dat het ontvangt, het proces versnellen van het identificeren van het volgende kandidaat-materiaal waarmee het is belast. Met andere woorden, Kunstmatige chemicus wordt na verloop van tijd slimmer en sneller in het identificeren van het juiste materiaal.

Voor hun proof of concept, de onderzoekers testten negen verschillende beleidsmaatregelen voor hoe de AI gegevens gebruikt om te beslissen wat het volgende experiment zal zijn. Vervolgens voerden ze een reeks verzoeken uit, elke keer vroeg de Artificial Chemist om een ​​quantum dot-materiaal te identificeren dat het beste paste bij drie verschillende outputparameters.

"We hebben een beleid gevonden dat ook zonder voorkennis, kon de best mogelijke kwantumdot identificeren binnen 25 experimenten, of ongeveer anderhalf uur, " zegt Abolhasani. "Maar zodra de kunstmatige chemicus voorkennis had - wat betekent dat het al een of meer verzoeken om doelmateriaal had behandeld - kon het binnen 10 tot 15 minuten het optimale materiaal voor nieuwe eigenschappen identificeren.

"We ontdekten dat Artificial Chemist ook snel de grenzen van materiaaleigenschappen kon identificeren voor een bepaalde set van chemische uitgangsprecursoren, zodat scheikundigen en materiaalwetenschappers hun tijd niet hoeven te verspillen aan het onderzoeken van verschillende synthesecondities.

"Ik geloof dat autonome materiaal-R&D, mogelijk gemaakt door Artificial Chemist, de toekomst van materiaalontwikkeling en productie kan hervormen, "zegt Abolhasani. "Ik ben nu op zoek naar partners om ons te helpen de techniek over te brengen van het lab naar de industriële sector."

De krant, "Artificial Chemist:een autonome Quantum Dot Synthesis Bot, " is gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde materialen .