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以高通量技術(shù)打開(kāi)新型材料合成新領(lǐng)域

來(lái)源：力揚(yáng)企業(yè)有限公司(NIKYANG Enterprise Limited) 2022年07月28日 17:09

圖源: 騰訊網(wǎng)

中國(guó)作為強(qiáng)大的材料制造及消費(fèi)國(guó)之一，對(duì)新型材料的需求具有強(qiáng)勁的增長(zhǎng)潛力。據(jù)工信部數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，2025 年中國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)將達(dá)到 10 萬(wàn)億市場(chǎng)規(guī)模，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 13.5%，到 2035 年我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)的總體實(shí)力將躍居首列。面對(duì)市場(chǎng)的現(xiàn)況，材料企業(yè)應(yīng)積極以創(chuàng)新的自動(dòng)化、智能化研發(fā)科技及高通量技術(shù)，取代傳統(tǒng)成本高、時(shí)間長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大的 “炒菜式” 研發(fā)模式。

在傳統(tǒng)的材料科學(xué)領(lǐng)域上，研發(fā)人員一直依賴反復(fù)試驗(yàn)的方法或者憑運(yùn)氣偶然地發(fā)現(xiàn)新材料，但隨著新一代信息技術(shù)、前沿的自動(dòng)化裝備制造等領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展和材料基礎(chǔ)研究及技術(shù)創(chuàng)新的穩(wěn)步推進(jìn)，AI (智能化) 材料科學(xué)領(lǐng)域獲得了發(fā)展動(dòng)力。[1]

為了讓大家對(duì)新一代的材料開(kāi)發(fā)有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，在這里會(huì)分享多倫多大學(xué) Alán Aspuru-Guzik 教授如何通過(guò)將理論計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)和 Chemspeed 自動(dòng)化工作流程解決方案相結(jié)合，突破了自主實(shí)驗(yàn)室工作的界限。

Chemspeed 助力實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)材料合成

加速產(chǎn)品研發(fā)

由多倫多大學(xué)化學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授 Alán Aspuru-Guzik 領(lǐng)頭的 “AI for Discovery and Self-Driving Labs” 研究小組，致力于開(kāi)發(fā)自我驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室，并提出將人工智能與自動(dòng)化機(jī)器人平臺(tái)相結(jié)合，以高通量的形式，自主發(fā)現(xiàn)新材料，目標(biāo)是將發(fā)現(xiàn)新功能材料或優(yōu)化已知功能材料所需的時(shí)間和花費(fèi)縮小 10 倍，即從估計(jì)的 1000 萬(wàn)美元和 10 年的開(kāi)發(fā)時(shí)間減少到 100 萬(wàn)美元和 1 年。

為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，小組成員在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行了探索，發(fā)現(xiàn)機(jī)器人平臺(tái)智能化和自動(dòng)化合成是這個(gè)領(lǐng)域中的重要環(huán)節(jié)。在 Alán 的實(shí)驗(yàn)室里，他選用了 Chemspeed 的自動(dòng)化機(jī)器人平臺(tái)，通過(guò)計(jì)算模擬和機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并挖掘邊界條件等信息來(lái)獲取合適范圍內(nèi)的分子，更借此進(jìn)行高通量的樣品制備、合成、工藝開(kāi)發(fā)、配方、應(yīng)用或測(cè)試，加速產(chǎn)品的研發(fā)周期。

通過(guò) Chemspeed 高通量的快速合成、制備平臺(tái)，加上軟件系統(tǒng)支持離線樣品制備任務(wù)，滿足無(wú)人值守條件，并能夠快速執(zhí)行、監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息化管理。在與其他智能化技術(shù)相結(jié)合之后，Alán 的實(shí)驗(yàn)室在無(wú)人監(jiān)督的情況下*自主地運(yùn)行，短短幾天內(nèi)便完成了共 1100 個(gè)實(shí)驗(yàn)，獲得了大量數(shù)據(jù)用后續(xù)的機(jī)器學(xué)習(xí)過(guò)程，這為團(tuán)隊(duì)的開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新打下了十分良好的基礎(chǔ)。

除了專注于實(shí)驗(yàn)室，Alán Aspuru-Guzik 也在產(chǎn)業(yè)界積極開(kāi)拓。他領(lǐng)導(dǎo)的加速聯(lián)盟 (The Acceleration Consortium, AC) 是學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和政府之間的一項(xiàng)新的全球性合作，總部同樣位于多倫多大學(xué)，屬于材料科學(xué)創(chuàng)新中心。它利用人工智能和機(jī)器人技術(shù)來(lái)加速設(shè)計(jì)和發(fā)現(xiàn)尚未存在的材料，使材料變得更先進(jìn)和更環(huán)保。

AC 同時(shí)擁有強(qiáng)大科研團(tuán)隊(duì)，分別有來(lái)自多倫多大學(xué)和各地的 50 多名研究人員，目前合作伙伴更包括: Chemspeed Technologies、CIFAR、Creative Destruction Lab、加拿大國(guó)家研究院 (National Research Council of Canada)、加拿大自然資源 (Natural Resources Canada)、SLAS 和 Vector Institute 等，共同推動(dòng)前沿與 AI 材料科學(xué)創(chuàng)新及應(yīng)用。

圖源: 騰訊網(wǎng)

在 2019 年，Alán Aspuru-Guzik 成功在 UBC (不列顛哥倫比亞大學(xué)) 引入 Chemspeed 自動(dòng)化平臺(tái)，用于高通量化合物合成過(guò)程，并通過(guò)半制備柱過(guò)濾, 以獲得足夠純度的化合物。在 Chemspeed 平臺(tái)上可以自動(dòng)化進(jìn)行固體分配和液體分配，并同時(shí)完成 16 個(gè)條件獨(dú)立控制的 Suzuki 偶合反應(yīng)，該反應(yīng)在加熱和渦流混合條件下持續(xù)運(yùn)作 16 小時(shí)左右，配合軟件協(xié)調(diào)過(guò)程及獲取數(shù)據(jù)，最終完成目標(biāo)。

延伸閱讀

想了解更多關(guān)于 Alán Aspuru-Guzik 如何成功利用 Chemspeed 機(jī)器人技術(shù)及人工智能在材料科學(xué)上的應(yīng)用，可繼續(xù)觀看以下網(wǎng)絡(luò)會(huì)議視頻：

高通量篩選及合成技術(shù)是目前新型材料領(lǐng)域研究的重要課題。隨著科技的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化與智能化設(shè)備的加入，使得高通量篩選技術(shù)在新型材料研發(fā)中開(kāi)拓出更廣闊的空間。除了 Alán Aspuru-Guzik 教授與他的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，力揚(yáng)也攜手 Chemspeed 乘著自動(dòng)化的東風(fēng)，憑借在化學(xué)自動(dòng)化研發(fā)領(lǐng)域超過(guò) 20 年的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，助力中國(guó)新型材料研發(fā) “破冰突圍”。

參考資料

信息來(lái)源:

[1]: 億歐智庫(kù), 中國(guó)AI+材料科學(xué)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究報(bào)告_人工智能行業(yè)研究報(bào)告

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