全球首个“智能创造”机器化学家来了丨科技自立自强之路

作者: 王敏

来源: 中国科学报

发布日期: 2024-04-11 17:02:26

中国科学技术大学研发的全球首个数据智能驱动的机器化学家,能够自主设计实验步骤和方案,极大地提升了化学研究的效率。该机器化学家的研发历经多年,整合了大数据技术和机器人技术,标志着中国在这一领域的国际领先地位。

在中国科学技术大学的一间实验室里,你会看到一番另类景象:这里没有人,只有一台动作灵活的机器人来回穿梭,伸出手臂配制试剂。更厉害的是,它不仅能够做实验,还会设计实验步骤和方案,而它正是机器化学家实验室的重要成员。该实验室负责人江俊说:“从数百万材料的可能组合中找到最优解,很多科研人员一生都做不完,而有了机器化学家,可能只需要一两周时间。”

如此聪慧的机器化学家是如何诞生的?这是天时地利人和的结果!

2013年底的一天,中国科大教授罗毅、江俊一同出差,罗毅抛出一个问题:是否可以用大数据技术来提升化学研究效率?用好大数据技术,首先必须要建立数据系统。然而,我国严重缺乏科学数据的积累,国内科研人员做了大量研究工作,最终成果发表在外文期刊上,引用这些论文数据时还得花钱买,并且只有访问权,不允许大量下载。他们一致认为:“应该做中国人自己的材料数据库”。

2014年起,他们采集教科书、论文中的化学知识,用3年时间,搭建起中国人自己的化学材料大数据库。有了足够的数据,接下来就是用好数据。研究团队想到,借助本校两位教授在各自研究领域的深厚积累,将他们的知识与大数据库融合,形成一个“张国庆大脑”、一个“熊宇杰大脑”。做发光材料时,就调用“张国庆大脑”,设计催化剂时,则调用“熊宇杰大脑”。这样一来,化学知识不足的人也可以用好数据。

于是,他们对海量文本数据进行人工标注,用2年时间培育出一颗“化学大脑”。

大数据有了,“化学大脑”有了,下一步就是配上“双手”。2020年,在一次论坛上,江俊认识了本校从事机器人研究的尚伟伟,两人一拍即合,联手研发机器化学家。2021年,全球首个数据智能驱动的机器化学家终于在中国诞生了。它融合了“化学大脑”,集成了2个移动机器人、19个智能化学工作站。专家高度评价这款机器化学家:“机器人系统、工作站和智能化学大脑都是最先进的”,“将对化学科学产生巨大影响”。

创造出这样一位“化学家”,并非易事。这主要得益于中国科学院集成攻关的传统,以及中国科大宽松的科研环境,多学科交叉的优势,不同学科背景的科研人员,他们优势互补、协同攻关,把构想变成现实。前不久,机器化学家利用火星陨石创制出了实用的产氧电催化剂,如果用人工方式来做,找到最佳配方可能需要2000年,机器化学家只用5个星期做完了实验。

《自然》期刊网站曾发文介绍该研究:“为火星探测和地外文明探索提供了新的技术手段。”迄今国外同行研发的同类产品,离智能化尚有差距,我国的机器化学家研发已与国际同行并跑,并在某些方面具有领跑优势。

研发团队的终极目标是:创造出具备创造力的智能化学家,及早形成数据与智能驱动的化学研究新范式。这个聪慧的机器化学家拥有一个可爱的名字:小来,它寓意未来物质科学探索的新纪元。机器化学家智能与人类智慧的结合,将开启物质科学全新的可能性,引领人类在星辰大海中不断拓展知识的边界。

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