Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad de Buffalo han desarrollado una tecnología llamada "Químico Artificial", que incorpora inteligencia artificial IA y un sistema automatizado para realizar reacciones químicas para acelerar la I + D y la fabricación de materiales comercialmente deseables.
En experimentos de prueba de concepto, los investigadores demostraron que Artificial Chemist puede identificar y producir los mejores puntos cuánticos posibles para cualquier color en 15 minutos o menos. Los puntos cuánticos son nanocristales semiconductores coloidales, que se utilizan en aplicaciones como pantallas LED.
Sin embargo, los investigadores se dan cuenta rápidamente de que Artificial Chemist puede identificar el mejor material para satisfacer cualquier conjunto de propiedades medibles, no solo puntos cuánticos.
"El químico artificial es un sistema verdaderamente autónomo que puede navegar de manera inteligente por el universo químico", dice Milad Abolhasani, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor asistente de ingeniería química y biomolecular en el estado de Carolina del Norte. "Actualmente, químico artificialestá diseñado para materiales procesados en solución, lo que significa que funciona para materiales que pueden fabricarse utilizando precursores químicos líquidos.Los materiales procesados en solución incluyen materiales de alto valor como puntos cuánticos, nanopartículas de metal / óxido metálico, estructuras orgánicas metálicas MOF,y así.
"El químico artificial es similar a un auto sin conductor, pero un auto sin conductor al menos tiene un número finito de rutas para elegir para llegar a su destino preseleccionado. Con el químico artificial, le das unconjunto de parámetros deseados, que son las propiedades que desea que tenga el material final. El químico artificial tiene que descubrir todo lo demás, como cuáles serán los precursores químicos y cuál será la ruta sintética, mientras minimiza el consumo de esos precursores químicos..
"El resultado final es una tecnología de desarrollo de materiales totalmente autónoma que no solo lo ayuda a encontrar el material procesado en solución ideal más rápidamente que cualquier técnica actualmente en uso, sino que lo hace utilizando pequeñas cantidades de precursores químicos. Eso reduce significativamente el desperdicio yhace que el proceso de desarrollo de materiales sea mucho menos costoso "
El químico artificial tiene un "cuerpo" para realizar experimentos y detectar los resultados experimentales, y un "cerebro" para registrar esos datos y usarlos para determinar cuál será el próximo experimento.
Para sus pruebas de prueba de concepto, el cuerpo de Artificial Chemist incorporó las plataformas automatizadas de síntesis de flujo Nanocrystal Factory y NanoRobo desarrolladas en el laboratorio de Abolhasani. La plataforma Artificial Chemist ha demostrado que puede ejecutar 500 experimentos de síntesis de puntos cuánticos por día, aunque Abolhasani estimapodría correr hasta 1,000.
El cerebro del químico artificial es un programa de IA que caracteriza los materiales que el cuerpo está sintetizando y utiliza esos datos para tomar decisiones autónomas sobre cuál será el próximo conjunto de condiciones experimentales. Basa sus decisiones en lo que determina que se moverá de manera más eficientehacia la mejor composición de material con las propiedades deseadas y las métricas de rendimiento.
"Tratamos de imitar el proceso que usan los humanos al tomar decisiones, pero de manera más eficiente", dice Abolhasani.
Por ejemplo, Artificial Chemist permite la "transferencia de conocimiento", lo que significa que almacena los datos generados de cada solicitud que recibe, lo que agiliza el proceso de identificación del siguiente material candidato con el que se le asigna la tarea. En otras palabras, Artificial Chemist se vuelve más inteligente y más rápidotiempo para identificar el material correcto.
Para su prueba de concepto, los investigadores probaron nueve políticas diferentes sobre cómo la IA usa los datos para decidir cuál será el próximo experimento. Luego realizaron una serie de solicitudes, cada vez pidiéndole a Químico Artificial que identificara un material de punto cuántico que erael mejor ajuste para tres parámetros de salida diferentes.
"Encontramos una política que, incluso sin conocimiento previo, podría identificar el mejor punto cuántico posible en 25 experimentos, o alrededor de una hora y media", dice Abolhasani. "Pero una vez que el Químico Artificial tuvo conocimiento previo,lo que significa que ya había manejado una o más solicitudes de material objetivo: podría identificar el material óptimo para nuevas propiedades en 10 a 15 minutos.
"Descubrimos que Artificial Chemist también podía identificar rápidamente los límites de las propiedades de los materiales para un conjunto dado de precursores químicos iniciales, de modo que los químicos y los científicos de materiales no necesitan perder su tiempo explorando diferentes condiciones de síntesis".
"Creo que la I + D de materiales autónomos habilitada por Artificial Chemist puede remodelar el futuro del desarrollo y fabricación de materiales", dice Abolhasani. "Ahora estoy buscando socios que nos ayuden a transferir la técnica del laboratorio al sector industrial."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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