中科院精准智能化学重点实验室 研究成果
USTC AICHEM

精准智能化学

随着人工智能的发展，自动化、智能化已经渗透到生产生活中的方方面面，在化学实验上也不例外。

精准智能化学是融合人工智能、机器人技术与化学研究的交叉学科，通过数据驱动和自动化实验实现精准预测、高效合成与优化，减少试错成本，加速新材料、催化剂等研发。中科大的“机器化学家”就是典型代表。

研究团队训练了一个AI化学家模型。它通过融合海量化学数据（如分子结构、反应路径），采用深度学习与强化学习算法，结合自动化实验反馈进行迭代优化，最终实现自主预测与设计化学实验的能力。

适配自动化的装置设计

团队设计了如图所示的“机器化学家”。它被固定在移动平台上，有一个机械臂。机械臂末端安装有摄像头和夹持装置。

另外，团队对现有实验装置进行了改进。这里举两例进行说明。

传统的烘箱需要人用力拉动开启，放置和回收样品。然而，“机器科学家”的“手”和人类的手构造不同，无法开启烘箱门。

对此，研究团队联合生产厂商，专门设计了一款烘箱。它可以自主开启烘箱门，同时样品架自动滑出，解决了上述难题。“机器科学家”可以向烘箱发送联网命令，与烘箱协作。

传统的离心机，试管人工放置，没有对启停位置作特殊处理。另外，离心机静止时不锁定，轻微受力就开始旋转。这些特点导致“机器化学家”在放置和拾取试管时遇到困难。

研究团队再次联合生产厂商，专门研发了一种离心机。它和烘箱一样，接收命令自动开合。在静止时，转盘锁定，且1至10号试管总是处于各自特定的角度。这样，“机器化学家”就可以与离心机协作完成实验。

AI赋能科研范式变革

全流程实验设计

借助于存储介质的记忆力和AI强大的推理能力，研究时先由AI模型从大量选择中筛选出可能实现的方案，再由AI模型生成最优实验路径，经人工检查后自主进行实验验证。

目前人工智能的缺点是缺乏“灵感”。研究员的灵感和AI的优化能力结合，即可突破传统科研能力边界。

多机协作、多地联动、多任务并行

在精准智能化学中，各地实验室的资源可以被“机器化学家”们调用，使用不同的仪器完成多方面验证，达成实验目的。

多个实验可以由AI编排，由机器人在实验室中并行操作。

优势

使用“机器化学家”后，科研人员无需亲自动手操作，直接接触各种试剂，实验安全性得到提升。同时，由于“机器化学家”可以24小时不停歇地工作，实验效率得到提升。

另外，“机器化学家”可以进入极端环境（例如，模拟高空中的低温低压、火星上的无氧环境）进行实验，突破人类实验的极限。

成就

中科院精准智能化学重点实验室及中科大的“机器化学家”处于全球领先水平，是目前世界规模最大的智能化实验室。其智能化学研究范式通过AI+机器人实现全流程自动化，将传统耗时1400年的实验缩短至5周，远超欧美同类技术，并已应用于催化、材料等领域。

实验室作为精准智能化学领域的先锋开拓者，正制定着未来的标准化、规模化、产业化AI科研新范式。

实验室老师随口一提的 产业化(成果转化)案例

课题组研究“单原子催化剂”，意外发现催化剂对作物健康生长有积极作用。结题后创业，研发“单原子农药”。

真实性有待验证。

感悟

AI已经渗透进各个角落，在不同的领域带来生产力的巨大提升。

上述“自主实验”、“多地协作”只需要在大屏幕上拖动几个方块，连接为流程图，再调整若干参数即可完成。
就只是这些工作，实验员也可以与AI进行对话，使AI自行设计流程。
所以，研究人员只需提供思路想法，过一会实验室就会把答案和验证结果告诉他。给我带来的感受就是：科幻。