Een nieuwe technologie, genaamd Kunstmatige Chemicus 2.0, stelt gebruikers in staat om van het aanvragen van een aangepaste kwantumdot naar het voltooien van de relevante R&D en het begin van de productie in minder dan een uur te gaan. De technologie is volledig autonoom, en maakt gebruik van kunstmatige intelligentie (AI) en geautomatiseerde robotsystemen om chemische synthese en analyse in meerdere stappen uit te voeren.

Quantum dots zijn colloïdale halfgeleider nanokristallen, die worden gebruikt in toepassingen zoals LED-displays en zonnecellen.

"Toen we de eerste versie van Artificial Chemist uitrolden, het was een proof of concept, " zegt Milad Abolhasani, corresponderende auteur van een paper over het werk en een assistent-professor chemische en biomoleculaire engineering aan de North Carolina State University. "Artificial Chemist 2.0 is industrieel relevant voor zowel R&D als productie."

Vanuit het oogpunt van de gebruiker, het hele proces bestaat in wezen uit drie stappen. Eerst, een gebruiker vertelt Artificial Chemist 2.0 de parameters voor de gewenste quantum dots. Bijvoorbeeld, welke kleur licht wil je produceren? De tweede stap is in feite de R&D-fase, waar Artificial Chemist 2.0 autonoom een ​​reeks snelle experimenten uitvoert, waardoor het het optimale materiaal en de meest efficiënte manier om dat materiaal te produceren kan identificeren. Derde, het systeem schakelt over op het vervaardigen van de gewenste hoeveelheid van het materiaal.

"Quantum dots kunnen worden onderverdeeld in verschillende klassen, " zegt Abolhasani. "Bijvoorbeeld, goed bestudeerde II-VI, IV-VI, en III-V materialen, of de recent opkomende metaalhalogenideperovskieten, enzovoort. In principe, elke klasse bestaat uit een reeks materialen met vergelijkbare chemie.

"En de eerste keer dat je Artificial Chemist 2.0 opzet om kwantumdots te produceren in een bepaalde klasse, de robot voert autonoom een ​​reeks actieve leerexperimenten uit. Dit is hoe de hersenen van het robotsysteem de materiaalchemie leren, " zegt Abolhasani. "Afhankelijk van de materiaalklasse, deze leerfase kan één tot tien uur duren. Na die eenmalige actieve leerperiode, Artificial Chemist 2.0 kan de best mogelijke formulering identificeren voor het produceren van de gewenste kwantumdots uit 20 miljoen mogelijke combinaties met meerdere productiestappen in 40 minuten of minder."

De onderzoekers merken op dat het R&D-proces vrijwel zeker sneller zal worden elke keer dat mensen het gebruiken, aangezien het AI-algoritme dat het systeem bestuurt, meer zal leren - en efficiënter zal worden - met elk materiaal dat het moet identificeren.

Artificial Chemist 2.0 bevat twee chemische reactoren, die in serie werken. Het systeem is ontworpen om volledig autonoom te zijn, en stelt gebruikers in staat om van het ene materiaal naar het andere over te schakelen zonder het systeem af te sluiten.

“Om dit succesvol te kunnen doen, we moesten een systeem ontwerpen dat geen chemische resten in de reactoren achterlaat en het AI-geleide robotsysteem in staat stelt de juiste ingrediënten toe te voegen, op het juiste moment, op elk punt in het meerstaps materiële productieproces, "zegt Abolhasani. "Dus dat hebben we gedaan.

"We zijn enthousiast over wat dit betekent voor de specialistische chemische industrie. Het versnelt R&D echt tot warpsnelheid, maar het is ook in staat om kilogrammen per dag van hoge waarde te maken, nauwkeurig geconstrueerde kwantumstippen. Dat zijn industrieel relevante hoeveelheden materiaal."

De krant, "Zelfgestuurde meerstaps Quantum Dot-synthese mogelijk gemaakt door autonome robotexperimenten in Flow, " verschijnt open access in het tijdschrift Geavanceerde intelligente systemen.