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 el químico artificial 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 apresuran a notar que el químico artificial puede identificar el mejor material para cumplir con cualquier conjunto de propiedades medibles, no solo los puntos cuánticos.

"Artificial Chemist es un sistema verdaderamente autónomo que puede navegar inteligentemente a través del universo químico, "dice Milad Abolhasani, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor asistente de ingeniería química y biomolecular en NC State. "En la actualidad, El químico artificial está diseñado para materiales procesados ​​en solución, lo que significa que funciona para materiales que se pueden fabricar utilizando precursores químicos líquidos. Los materiales procesados ​​en solución incluyen materiales de alto valor como puntos cuánticos, nanopartículas de metal / óxido de metal, armazones organometálicos (MOF), etcétera.

"El químico artificial es similar a un automóvil autónomo, pero un automóvil autónomo tiene al menos un número finito de rutas para elegir para llegar a su destino preseleccionado. Con químico artificial, le da un conjunto de parámetros deseados, cuáles son las propiedades que desea que tenga el material final. El químico artificial tiene que resolver todo lo demás, como cuáles serán los precursores químicos y cuál será la ruta sintética, minimizando al mismo tiempo el consumo de esos precursores químicos.

"El resultado final es una tecnología de desarrollo de materiales totalmente autónoma que no solo le ayuda a encontrar la solución ideal:el material procesado más rápidamente que cualquier técnica actualmente en uso, pero lo hace utilizando pequeñas cantidades de precursores químicos. Eso reduce significativamente el desperdicio y hace 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 estima que podría ejecutar hasta 1, 000.

El cerebro del químico artificial es un programa de inteligencia artificial que caracteriza los materiales sintetizados por el cuerpo 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 lo moverá de manera más eficiente hacia la mejor composición de material con las propiedades y métricas de rendimiento deseadas.

"Intentamos imitar el proceso que usan los humanos al tomar decisiones, pero de manera más eficiente, "Abolhasani dice.

Por ejemplo, El químico artificial permite "la transferencia de conocimientos, "lo que significa que almacena los datos generados a partir de cada solicitud que recibe, agilizar el proceso de identificación del próximo material candidato que se le asigne. En otras palabras, El químico artificial se vuelve más inteligente y rápido con el tiempo para identificar el material correcto.

Por 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 ejecutaron una serie de solicitudes, cada vez pidiéndole al químico artificial que identificara un material de punto cuántico que fuera el que mejor se ajustara a 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, pudo identificar el material óptimo para nuevas propiedades en 10 a 15 minutos.

"Descubrimos que el químico artificial también podía identificar rápidamente los límites de las propiedades de los materiales para un conjunto dado de precursores químicos de partida, para que los químicos y los científicos de materiales no necesiten 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 la fabricación de materiales, ", Dice Abolhasani." Ahora estoy buscando socios que nos ayuden a transferir la técnica del laboratorio al sector industrial ".

El papel, "Químico artificial:un robot autónomo de síntesis de puntos cuánticos, "se publica en la revista Materiales avanzados .