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      中國科大研制出全流程機器化學家 初步實現智能化學范式

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      中國科大研制出全流程機器化學家 初步實現智能化學范式

      2022年10月05日 18:55 來源:中國新聞網
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      視頻:中國科大研制出全流程機器化學家來源:中國新聞網

        中新網北京10月5日電 (記者 孫自法)機器人不僅能成為科學家的科研助手,還能成為科學家?中國科學技術大學(中國科大)青年科研團隊通過最新研發成果給出了肯定的答案。

      全球首個數據智能驅動的全流程機器化學家?!≈袊拼?供圖
      全球首個數據智能驅動的全流程機器化學家?!≈袊拼?供圖

        來自中國科學院(中科院)的最新消息稱,在該院“數據驅動的化學、材料和生物科學的機器科學家”青年團隊計劃和國家自然科學基金委員會項目資助下,中國科大化學與材料科學學院羅毅、江俊教授團隊與自動化系尚偉偉等合作,通過開發和集成移動機器人、化學工作站、智能操作系統、科學數據庫,研制出數據智能驅動的全流程機器化學家,并已初步實現智能化學范式。

      移動機器人和智能工作站完成高通量合成、表征、測試的化學實驗全流程?!≈袊拼?供圖
      移動機器人和智能工作站完成高通量合成、表征、測試的化學實驗全流程?!≈袊拼? 供圖

        這項“數據智能驅動的全流程人工智能機器化學家”的研究成果論文,已在最新一期《國家科學評論》(NSR)學術期刊發表。國際審稿人評價說,該成果的“機器人系統、工作站和智能化學大腦都是最先進的”“將對化學科學產生巨大影響”。業內專家認為,機器化學家的研究工作脫離了傳統試錯研究范式的限制,展現出“最強化學大腦”指導的智能新范式的巨大優勢,引領化學研究朝著知識理解數字化、操作指令化、創制模板化的未來趨勢前進,確立了中國在智能化學創新領域的全球領跑地位。

        據中國科大研究團隊介紹,機器化學家平臺實現大數據與智能模型雙驅動下的化學合成-表征-測試全流程開發,在軟硬件方面已全面超過歐美同類裝置,作為唯一裝載了計算大腦、理論模型和開放式操作系統的智能平臺,它具有更強的化學智能和廣泛的化學品開發能力,目前已涵蓋光催化與電催化材料、發光分子、光學薄膜材料等,且適用范圍將隨平臺升級和拓展繼續擴大。

      機器化學家平臺實現高熵非貴金屬析氧反應催化劑的高效創制?!≈袊拼?供圖
      機器化學家平臺實現高熵非貴金屬析氧反應催化劑的高效創制?!≈袊拼? 供圖

        機器化學家平臺可采用機器智能去查找和閱讀文獻,從海量研究數據中汲取專家經驗,在前人知識與數據的基礎上提出科學假說并制定實驗方案;調度2臺移動機器人和15個自主開發的智能化學工作站,完成高通量合成、表征、測試的化學實驗全流程,且預留標準接口,具備可擴展性;通過配套的后臺操作系統,實現數據的自動采集、處理、分析和可視化,并裝載云端數據庫,可實時調用和更新數據庫信息;獨有的計算大腦通過調用物理模型、理論計算、機器學習和貝葉斯優化,讓智能模型融入底層的理論規律與復雜的化學實驗演化,使機器科學家更加理解化學,更加擅長化學創造。

        中國科大研究團隊科普解讀說,化學研究的對象日益復雜化、高維化,傳統的研究范式主要是依賴于“窮舉”“試錯”的手段。面對龐大的化學空間,配方和工藝的搜索常常止步于局部最優,無法進行全局探索。以潛力巨大的高熵(高復雜、高無序)化合物催化劑為例,其多種元素的高度無序混合帶來高穩定性,也給人工試驗找出最優配比帶來極大挑戰。獲得最優配方需要遍歷測試極其龐大的化學配比組合,目前僅限于對最多3種金屬組合進行優化。

        而最新研制的機器化學家發揮其數據驅動和智能優化的優勢,智能閱讀1.6萬篇論文并自主遴選出5種非貴金屬元素,融合2萬組理論計算數據和207組全流程機器實驗數據,建立理實交融的智能模型,指導貝葉斯優化程序從55萬種可能的金屬配比中找出最優的高熵催化劑,將傳統“炒菜式”遍歷搜索所需的1400年縮短為5周。(完)

      【編輯:曹淼欣】
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