Avere lo strumento giusto per il lavoro rende il lavoro molto più semplice, meno costoso e più veloce. I ricercatori di ingegneria chimica hanno ora sviluppato un laboratorio virtuale che può essere utilizzato per determinare gli strumenti di intelligenza artificiale (AI) più adatti per affrontare varie sfide di sintesi chimica nei sistemi di chimica del flusso.

"I sistemi autonomi hanno un enorme potenziale per accelerare la R&S chimica e la produzione, ma non sono ancora molto diffusi, "dice Milad Abolhasani, autore corrispondente di un articolo sul lavoro e assistente professore di ingegneria chimica presso la North Carolina State University. "Questi sistemi affrontano due tipi di sfide:trovare o sviluppare l'hardware giusto per sintesi automatizzata riproducibile; e trovare o sviluppare il cervello giusto, ' o algoritmo decisionale guidato dall'intelligenza artificiale, per determinare in modo efficiente il modo migliore per sintetizzare il materiale desiderato. Il mio team si è concentrato sulle sfide hardware con il nostro progetto di chimica artificiale. Il lavoro che pubblichiamo ora è incentrato sull'affrontare le sfide del processo decisionale autonomo".

Il lavoro di Abolhasani nasce dalla sua osservazione che:A) ci sono molti diversi strumenti di intelligenza artificiale disponibili; B) non è sempre chiaro quale strumento si adatti meglio a un dato problema di sintesi del materiale; e C) qualunque strumento sia selezionato, dovrà sempre essere messo a punto in base al problema di chimica.

"Recentemente, c'è stato un maggiore interesse nell'uso di programmi di intelligenza artificiale standard per la modellazione e l'ottimizzazione delle reazioni chimiche, "Abolhasani dice. "Ma quelle tecniche di intelligenza artificiale standard non sono valide per tutti:non sono tutte ugualmente brave a risolvere qualsiasi problema di sintesi dei materiali che si desidera affrontare.

"In definitiva, vogliamo trovare la migliore architettura del modello AI per determinare la migliore formulazione del materiale che ti dia le proprietà target che stai cercando. Non solo identificare il materiale migliore, ma il modo migliore di produrre quel materiale in modo che abbia la migliore combinazione possibile di caratteristiche. E la migliore architettura del modello di intelligenza artificiale varierà a seconda del materiale e della complessità della sfida".

Quindi Abolhasani e i suoi collaboratori hanno adottato un approccio basato sull'intelligenza artificiale per trovare il miglior strumento di intelligenza artificiale per ogni problema di sintesi dei materiali.

"Sarebbe impossibile fare i milioni di esperimenti necessari per determinare quali strumenti di intelligenza artificiale fanno il lavoro migliore per affrontare diversi tipi di problemi di sintesi dei materiali, " dice Abolhasani. "Allora, volevamo un modello che simulasse una piattaforma sperimentale microfluidica del mondo reale per eseguire efficacemente quei milioni di esperimenti per noi".

I ricercatori hanno eseguito 1, 000 esperimenti utilizzando la loro piattaforma automatizzata di chimica artificiale e hanno utilizzato quei punti dati sperimentali per addestrare la piattaforma sperimentale virtuale.

Per il lavoro riportato nel nuovo documento, il laboratorio virtuale ha simulato più di 600, 000 esperimenti, valutare più di 150 strategie decisionali guidate dall'intelligenza artificiale. Se quegli esperimenti fossero condotti nel mondo reale, anche utilizzando sistemi automatizzati e volumi di materiale su microscala, gli esperimenti avrebbero richiesto 7,5 anni di operazioni robotiche continue e 400 litri di reagenti. La squadra di Abolhasani lo ha fatto in circa un mese.

"Abbiamo addestrato efficacemente il nostro laboratorio virtuale a scegliere i migliori strumenti di intelligenza artificiale per ogni sfida di sintesi dei materiali, " dice Abolhasani. "E quegli strumenti diventano più efficienti ogni volta che li usiamo, aiutandoci a risolvere sfide sempre più complesse in chimica e ingegneria chimica. In definitiva, pensiamo che questi strumenti basati sull'intelligenza artificiale saranno in grado di operare abbastanza rapidamente da adeguare le operazioni in base alle esigenze in tempo reale".

La carta, "Sviluppo accelerato dell'IA per la sintesi autonoma di materiali nel flusso, " è pubblicato sulla rivista Scienze chimiche .