Группа исследователей из университета Северной Каролины создала автоматическую и высокоинтеллектуальную химическую лабораторию, способную к самостоятельной разработке путей синтеза сложных функциональных материалов и молекул через цепочки химических превращений. И в качестве демонстрации эта лаборатория, получившая название AlphaFlow, нашла более быстрый и более эффективный метод производства высококачественных полупроводниковых нанокристаллов определенного типа, используемых в оптических и фотонных устройствах.
«Наша система, AlphaFlow, использует технологию искусственного интеллекта, называемую обучением с подкреплением (reinforcement learning). Искусственный интеллект, совмещенный с управлением автоматизированными микрожидкосными устройствами, позволяет существенно ускорить проведение научных исследований» — пишут ученые, — «Мы продемонстрировали, что за определенный промежуток времени система AlphaFlow может провести большее количество экспериментов, чем сотня ученых-химиков. При этом, она затратит всего 0.01 процента от количества реактивов, которые потребовались бы людям для выполнения этой же работы».
Искусственный интеллект системы AlphaFlow принимает решение о проведении очередного шага эксперимента на основе двух вещей — данных о проведении предыдущего шага и на основе предсказания результатов, которые должен принести следующий шаг или даже несколько шагов. В случае получения каких-либо неожиданных результатов система способна извлечь из этого полезные данные и приобрести новые знания. А если выбранный путь проведения эксперимента ведет в тупик, или становится очень долгим, то система способна сделать откат на нужное количество шагов назад и повести эксперимент по другому пути.
Такой алгоритм действий, позволяющий выбрать количество и вид исходных реактивов и последовательность реакций, работает одинаково хорошо в случае поиска пути синтеза совершенно нового химического соединения и при оптимизации производственного процесса уже существующего соединения. «Интеграция искусственного интеллекта и новейших технологий химического синтеза сокращает время проведения исследований на порядки величины» — пишут исследователи, — «Здесь можно ожидать появления положительных результатов через часы, после начала работы, а не через месяцы и годы в особо тяжелых случаях».
Как уже упоминалось выше, система AlphaFlow была использована для нахождения нового метода синтеза полупроводниковых нанокристаллов, ядро которых состоит из селенида кадмия, а внешняя оболочка — из сульфида кадмия. Процесс синтеза, найденный искусственным интеллектом, оказался на несколько шагов короче, что имеет огромное значение в условиях массового промышленного производства.
Большой неожиданностью для ученых стало то, что система AlphaFlow, синтезируя полупроводниковые нанокристаллы, убрала из процесса один шаг, который, как раньше считали ученые, играл в этом всем ключевую роль. Таким образом, всего за 30 дней непрерывной работы система AlphaFlow смогла показать несостоятельность некоторых теорий, формирование которых заняло целых 15 предыдущих лет.
В настоящее время образец лаборатории AlphaFlow способен исследовать достаточно сложные процессы, в которых задействовано до 40 переменных параметров. «Однако структура лаборатории может быть легко адаптирована к проведению экспериментов любого уровня сложности, единственным ограничением является то, что все реактивы должны быть жидкими или растворами, а все реакции должны протекать в жидкой среде» — пишут исследователи.
И в заключении следует отметить, что AlphaFlow является открытой системой. А ученые, разработавшие эту систему, собираются в будущем составить стандартизированный каталог и базу данных, в которых будут содержаться все экспериментальные данные, включая данные неуспешных экспериментов. «Мы считаем, что появление этого позволит в будущем значительно ускорить открытие новых материалов и химических процессов» — пишут исследователи.
Ключевые слова:
AlphaFlow, Лаборатория, Химия, Процесс, Синтез, Исследования, Искусственный, Интеллект
Другие новости по теме:
Материалы по теме:
Posted in 
Tags: 