Pesquisadores da North Carolina State University e da University at Buffalo desenvolveram uma tecnologia chamada "Artificial Chemist, "que incorpora inteligência artificial (IA) e um sistema automatizado para realizar reações químicas para acelerar P&D e fabricação de materiais comercialmente desejáveis.

Em experimentos de prova de conceito, os pesquisadores demonstraram que o químico artificial pode identificar e produzir os melhores pontos quânticos possíveis para qualquer cor em 15 minutos ou menos. Os pontos quânticos são nanocristais semicondutores coloidais, que são usados ​​em aplicações como telas de LED.

Contudo, os pesquisadores são rápidos em notar que o químico artificial pode identificar o melhor material para atender a qualquer conjunto de propriedades mensuráveis ​​- não apenas pontos quânticos.

"Artificial Chemist é um sistema verdadeiramente autônomo que pode navegar de forma inteligente pelo universo químico, "diz Milad Abolhasani, autor correspondente de um artigo sobre o trabalho e professor assistente de engenharia química e biomolecular na NC State. "Atualmente, Artificial Chemist é projetado para materiais processados ​​por solução - o que significa que funciona com materiais que podem ser feitos com precursores químicos líquidos. Os materiais processados ​​por solução incluem materiais de alto valor, como pontos quânticos, nanopartículas de óxido de metal / metal, estruturas metálicas orgânicas (MOFs), e assim por diante.

"O Químico Artificial é semelhante a um carro que dirige sozinho, mas um carro que dirige sozinho tem pelo menos um número finito de rotas para escolher a fim de chegar ao seu destino pré-selecionado. Com o Químico Artificial, você dá a ele um conjunto de parâmetros desejados, quais são as propriedades que você deseja que o material final tenha. O químico artificial tem que descobrir tudo o mais, como quais serão os precursores químicos e qual será a rota sintética, enquanto minimiza o consumo desses precursores químicos.

"O resultado final é uma tecnologia de desenvolvimento de materiais totalmente autônoma que não apenas ajuda você a encontrar a solução ideal - material processado mais rapidamente do que qualquer técnica atualmente em uso, mas faz isso usando pequenas quantidades de precursores químicos. Isso reduz significativamente o desperdício e torna o processo de desenvolvimento de materiais muito mais barato. "

O Químico Artificial tem um "corpo" para realizar experimentos e detectar os resultados experimentais, e um "cérebro" para registrar esses dados e usá-los para determinar qual será o próximo experimento.

Para seus testes de prova de conceito, O corpo do Químico Artificial incorporou as plataformas automatizadas de Nanocrystal Factory e NanoRobo de síntese de fluxo desenvolvidas no laboratório da Abolhasani. A plataforma Artificial Chemist demonstrou que pode executar 500 experimentos de síntese de pontos quânticos por dia, embora Abolhasani estima que pode funcionar até 1, 000

O cérebro do Químico Artificial é um programa de IA que caracteriza os materiais sendo sintetizados pelo corpo e usa esses dados para tomar decisões autônomas sobre qual será o próximo conjunto de condições experimentais. Ele baseia suas decisões no que determina que o levará de forma mais eficiente em direção à melhor composição de material com as propriedades e métricas de desempenho desejadas.

"Tentamos imitar o processo que os humanos usam ao tomar decisões, mas de forma mais eficiente, "Abolhasani diz.

Por exemplo, O Químico Artificial permite "transferência de conhecimento, "o que significa que ele armazena dados gerados a partir de cada solicitação que recebe, agilizando o processo de identificação do próximo material candidato de sua responsabilidade. Em outras palavras, O Químico Artificial fica mais inteligente e rápido ao longo do tempo na identificação do material certo.

Para sua prova de conceito, os pesquisadores testaram nove políticas diferentes de como a IA usa os dados para decidir qual será o próximo experimento. Em seguida, eles executaram uma série de solicitações, cada vez pedindo ao químico artificial para identificar um material de ponto quântico que melhor se ajustasse a três parâmetros de saída diferentes.

"Encontramos uma política que, mesmo sem conhecimento prévio, poderia identificar o melhor ponto quântico possível em 25 experimentos, ou cerca de uma hora e meia, "Abolhasani diz." Mas, uma vez que o Químico Artificial tinha conhecimento prévio - o que significa que já havia lidado com uma ou mais solicitações de materiais-alvo - ele poderia identificar o material ideal para novas propriedades em 10 a 15 minutos.

"Descobrimos que o Químico Artificial também pode identificar rapidamente os limites das propriedades dos materiais para um determinado conjunto de precursores químicos iniciais, para que químicos e cientistas de materiais não precisem perder seu tempo explorando diferentes condições de síntese.

"Acredito que a P&D de materiais autônomos habilitados pela Artificial Chemist pode remodelar o futuro do desenvolvimento e fabricação de materiais, "Abolhasani diz." Agora estou em busca de parceiros que nos ajudem a transferir a técnica do laboratório para o setor industrial. "

O papel, "Artificial Chemist:An Autonomous Quantum Dot Synthesis Bot, "é publicado na revista Materiais avançados .