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化學(xué)實驗如何告別傳統(tǒng)“試錯法”，破解新物質(zhì)制作周期長、成本高的難題？

在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)精準(zhǔn)智能化學(xué)全國重點實驗室里，大模型成為科研“超級助手”，AI機器人成為實驗室“主力軍”。可以自主設(shè)計實驗方案、24小時不間斷做實驗的智能科研基礎(chǔ)設(shè)施——“智能科學(xué)家”，正成為人工智能引領(lǐng)科研范式變革的代表之一。

在實驗桌前，一名“智能科學(xué)家”正抬起結(jié)實的機械臂抓取試管，依次走過液體進樣臺、磁力攪拌臺、烘干工作臺，進行樣品稱重、攪拌、離心、烘干……

精準(zhǔn)智能化學(xué)全國重點實驗室的19個分布式實驗室中，分布著110臺這樣的“智能科學(xué)家”。它們可以通過自主實驗，精準(zhǔn)完成試劑配置、樣品合成、性能表征等一系列操作，將實驗數(shù)據(jù)實時同步至智能操作系統(tǒng)。

除了能24小時“做”實驗，這些“智能科學(xué)家”還可以自己“看”論文、“想”方案甚至“學(xué)”經(jīng)驗。

在“AICHEM云平臺”上，選擇“人機對話”，提出一個科學(xué)問題，會有四個大模型同時生成答案，還可以在此基礎(chǔ)上設(shè)計實驗方案。“這就相當(dāng)于有了一個科學(xué)家的大腦。”實驗室副主任江俊說。

這個“智能大腦”建立并不容易。最初，是科研團隊為了解決化學(xué)問題而設(shè)計的人工智能平臺。

團隊花了三年時間，像“螞蟻搬家”一樣從教科書、論文和專利中整理出百萬條化學(xué)數(shù)據(jù)，同時，還把本校相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业难芯拷?jīng)驗“灌”進計算機，讓“智能大腦”去理解更為復(fù)雜的化學(xué)知識。

2021年，機器化學(xué)家“小來”正式誕生，它集成了2臺移動機器人、19個智能化學(xué)工作站和高通量計算系統(tǒng)，日均能完成2000次精準(zhǔn)操作，抵得上五六名科研人員的工作量。

為了研發(fā)火星制氧催化劑，“小來”學(xué)習(xí)了5萬多篇相關(guān)的化學(xué)論文，面對376萬種配方組合，人類科研團隊需要2000年來進行實驗驗證，“小來”憑借“智能大腦”，用6周時間找到最佳配方。

當(dāng)看到“人工智能+”賦能科研創(chuàng)新的新路徑后，科研團隊為“小來”制作了機械臂，又接入了多個生成式大模型。優(yōu)化了“大腦”和“手臂”的第二代“機器化學(xué)家”，被命名為“小臨”。

“十五五”規(guī)劃建議專章部署“加快高水平科技自立自強，引領(lǐng)發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力”，提出要提升國家創(chuàng)新體系整體效能。在中國科大的精準(zhǔn)智能化學(xué)全國重點實驗室，這一戰(zhàn)略部署正轉(zhuǎn)化為具體的實踐。

目前，科研團隊進行了第三次迭代，將更多領(lǐng)域的科學(xué)知識“教”給“智能大腦”，讓“機器化學(xué)家”進一步升級，成為精通更多學(xué)科領(lǐng)域的“智能科學(xué)家”。

2024年，“智能科學(xué)家”通過機器閱讀和機器實驗，創(chuàng)制相變隔熱阻燃材料，應(yīng)用于新能源電池、消防服中可耐高溫，且背面溫度處于熱安全范圍。該成果已在2025年通過量產(chǎn)型測試和產(chǎn)業(yè)驗證，目前正在產(chǎn)業(yè)中落地應(yīng)用。

“智能科學(xué)家”還突破了地域的局限，加速各領(lǐng)域科技創(chuàng)新。通過“AICHEM云平臺”，不同的高校、科研院所也可以線上“下單”，讓這個實驗室內(nèi)的“智能科學(xué)家”遠(yuǎn)程進行實驗。

實驗室特任教授朱濯纓介紹，團隊的目標(biāo)是讓機器實現(xiàn)“完全自主科研”：未來，它可能通過閱讀文獻發(fā)現(xiàn)全新科研方向，在人類未涉足的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破；即便是非化學(xué)專業(yè)的研究者，也能借助它完成“從0到1”的物質(zhì)創(chuàng)制。