I ricercatori della North Carolina State University e dell'Università di Buffalo hanno sviluppato una tecnologia chiamata "Artificial Chemist, " che incorpora l'intelligenza artificiale (AI) e un sistema automatizzato per l'esecuzione di reazioni chimiche per accelerare la ricerca e lo sviluppo e la produzione di materiali commercialmente desiderabili.

Negli esperimenti di proof-of-concept, i ricercatori hanno dimostrato che Artificial Chemist può identificare e produrre i migliori punti quantici possibili per qualsiasi colore in 15 minuti o meno. I punti quantici sono nanocristalli semiconduttori colloidali, che vengono utilizzati in applicazioni come i display a LED.

Però, i ricercatori sono pronti a notare che Artificial Chemist è in grado di identificare il materiale migliore per soddisfare qualsiasi suite di proprietà misurabili, non solo punti quantici.

"Artificial Chemist è un sistema veramente autonomo in grado di navigare in modo intelligente attraverso l'universo chimico, "dice Milad Abolhasani, autore corrispondente di un articolo sul lavoro e assistente professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso la NC State. "Attualmente, Artificial Chemist è progettato per materiali elaborati in soluzione, il che significa che funziona per materiali che possono essere realizzati utilizzando precursori chimici liquidi. I materiali elaborati in soluzione includono materiali di alto valore come punti quantici, nanoparticelle di metallo/ossido di metallo, strutture metalliche organiche (MOF), e così via.

"Il chimico artificiale è simile a un'auto a guida autonoma, ma un'auto a guida autonoma ha almeno un numero finito di percorsi tra cui scegliere per raggiungere la destinazione prescelta. Con Chimico Artificiale, gli dai una serie di parametri desiderati, quali sono le proprietà che vuoi che il materiale finale abbia. Il chimico artificiale deve capire tutto il resto, come quali saranno i precursori chimici e quale sarà la via sintetica, riducendo al minimo il consumo di quei precursori chimici.

"Il risultato finale è una tecnologia di sviluppo dei materiali completamente autonoma che non solo ti aiuta a trovare la soluzione ideale per il materiale elaborato più rapidamente di qualsiasi tecnica attualmente in uso, ma lo fa utilizzando piccole quantità di precursori chimici. Ciò riduce significativamente gli sprechi e rende il processo di sviluppo dei materiali molto meno costoso."

Il chimico artificiale ha sia un "corpo" per eseguire esperimenti e percepire i risultati sperimentali, e un "cervello" per registrare quei dati e utilizzarli per determinare quale sarà il prossimo esperimento.

Per i loro test di prova, Il corpo di Artificial Chemist ha incorporato la Nanocrystal Factory automatizzata e le piattaforme di sintesi del flusso NanoRobo sviluppate nel laboratorio di Abolhasani. La piattaforma Artificial Chemist ha dimostrato di poter eseguire 500 esperimenti di sintesi di punti quantici al giorno, sebbene Abolhasani stimi che potrebbe funzionare fino a 1, 000.

Il cervello del chimico artificiale è un programma di intelligenza artificiale che caratterizza i materiali sintetizzati dal corpo e utilizza tali dati per prendere decisioni autonome su quale sarà la prossima serie di condizioni sperimentali. Basa le sue decisioni su ciò che determina lo sposterà in modo più efficiente verso la migliore composizione del materiale con le proprietà e le metriche di prestazione desiderate.

"Abbiamo cercato di imitare il processo che gli umani usano quando prendono decisioni, ma in modo più efficiente, "dice Abolhasani.

Per esempio, Il Chimico Artificiale permette il "trasferimento della conoscenza, " nel senso che memorizza i dati generati da ogni richiesta che riceve, accelerare il processo di individuazione del successivo materiale candidato a cui è incaricato. In altre parole, Artificial Chemist diventa più intelligente e veloce nel tempo nell'identificare il materiale giusto.

Per la loro prova di concetto, i ricercatori hanno testato nove diverse politiche su come l'IA utilizza i dati per decidere quale sarà il prossimo esperimento. Hanno quindi eseguito una serie di richieste, chiedendo ogni volta a Artificial Chemist di identificare un materiale a punti quantici che si adattasse meglio a tre diversi parametri di output.

"Abbiamo trovato una politica che, anche senza previa conoscenza, potrebbe identificare il miglior punto quantico possibile entro 25 esperimenti, o circa un'ora e mezza, " Abolhasani dice. "Ma una volta che Artificial Chemist aveva una conoscenza precedente, il che significa che aveva già gestito una o più richieste di materiali target, poteva identificare il materiale ottimale per nuove proprietà in 10-15 minuti.

"Abbiamo scoperto che Artificial Chemist potrebbe anche identificare rapidamente i confini delle proprietà dei materiali per un determinato insieme di precursori chimici di partenza, in modo che i chimici e gli scienziati dei materiali non debbano perdere tempo esplorando diverse condizioni di sintesi.

"Credo che la ricerca e lo sviluppo di materiali autonomi consentiti da Artificial Chemist possano rimodellare il futuro dello sviluppo e della produzione dei materiali, "Abolhasani dice. "Ora sto cercando partner che ci aiutino a trasferire la tecnica dal laboratorio al settore industriale".

La carta, "Chimico artificiale:un robot autonomo di sintesi di punti quantici, " è pubblicato sulla rivista Materiale avanzato .