在中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)院“數據(ju)驅動的(de)化學(xue)、材料和生(sheng)物科(ke)學(xue)的(de)機(ji)器科(ke)學(xue)家(jia)”青年團(tuan)隊(dui)計(ji)劃和國(guo)家(jia)自(zi)然科(ke)學(xue)基金(jin)委(wei)項(xiang)目（批準號：22025304, 22033007)的(de)資(zi)助下，我系羅毅、江俊教(jiao)授團(tuan)隊(dui)與自(zi)動化系尚偉(wei)偉(wei)等合(he)作(zuo)(zuo)，通過開(kai)發(fa)和集成移動機(ji)器人、化學(xue)工作(zuo)(zuo)站、智能操作(zuo)(zuo)系統、科(ke)學(xue)數據(ju)庫，研制出數據(ju)智能驅動的(de)全(quan)流程機(ji)器化學(xue)家(jia)（圖1，視頻鏈(lian)接(jie)：//faculty.ustc.edu.cn/jiangjun1/en/zdylm/661330/list/index.htm）。相(xiang)關研究(jiu)成果于2022年9月發表在《國家科學評論》（Natl.Sci.Rev.）上。文章鏈接：//academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwac190/6694008。

圖1 全球首個數據智能驅動的全流(liu)程(cheng)機(ji)器化學家

化學研究的(de)(de)對象日益(yi)復雜化、高維化，傳統的(de)(de)研究范式主要(yao)是依賴于“窮舉”、“試(shi)錯”的(de)(de)手段。面(mian)對龐大(da)的(de)(de)化學空(kong)間，配方(fang)和(he)(he)工(gong)藝(yi)的(de)(de)搜索常(chang)(chang)常(chang)(chang)止(zhi)步于局部最優，無法進(jin)行全局探(tan)索。中金宝搏入口188機器化學家平(ping)臺(tai)實現了(le)大(da)數據與智能模(mo)型雙驅(qu)動(dong)下的(de)(de)化學合(he)成(cheng)-表(biao)征(zheng)-測試(shi)全流程(cheng)開發，在軟硬件(jian)方(fang)面(mian)已全面(mian)超過歐美同類(lei)裝置，作為唯(wei)一裝載了(le)計算大(da)腦、理(li)論模(mo)型和(he)(he)開放式操作系(xi)統的(de)(de)智能平(ping)臺(tai)，它具有更強的(de)(de)化學智能和(he)(he)廣泛的(de)(de)化學品開發能力，目前(qian)已涵蓋(gai)光催化與電催化材(cai)料(liao)、發光分子、光學薄(bo)膜材(cai)料(liao)等，且(qie)適用范圍將隨平(ping)臺(tai)升級和(he)(he)拓(tuo)展繼續擴大(da)。

該平臺(tai)可(ke)采(cai)用機(ji)(ji)器智能去查找和(he)閱(yue)讀文獻(xian)，從海量(liang)研究數據中汲取專家經驗(yan)，在(zai)前(qian)人(ren)知(zhi)識與數據的(de)(de)基礎(chu)上(shang)提出科學(xue)(xue)(xue)假說并制定實驗(yan)方案；調(diao)度2臺(tai)移動(dong)(dong)機(ji)(ji)器人(ren)和(he)15個自主開發的(de)(de)智能化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)工(gong)作站(zhan)，完成高通量(liang)合成、表征、測試的(de)(de)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)實驗(yan)全流(liu)程（圖2）；通過(guo)配套的(de)(de)后臺(tai)操作系統，實現了數據的(de)(de)自動(dong)(dong)采(cai)集、處理(li)、分析和(he)可(ke)視化(hua)(hua)(hua)(hua)，并裝載(zai)了云(yun)端數據庫(ku)，可(ke)實時調(diao)用和(he)更新數據庫(ku)信息；獨有(you)的(de)(de)計(ji)算大腦(nao)通過(guo)調(diao)用物(wu)理(li)模型、理(li)論(lun)計(ji)算、機(ji)(ji)器學(xue)(xue)(xue)習和(he)貝葉(xie)斯優化(hua)(hua)(hua)(hua)，讓智能模型融入(ru)底層(ceng)的(de)(de)理(li)論(lun)規律(lv)與復雜的(de)(de)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)實驗(yan)演化(hua)(hua)(hua)(hua)，使得機(ji)(ji)器科學(xue)(xue)(xue)家更加理(li)解化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)，更加擅長化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)創造。

圖2 移動(dong)機(ji)器人和智能工作(zuo)站完成(cheng)高通量合成(cheng)、表征、測試的化學實驗全流(liu)程

以潛(qian)力巨(ju)大(da)的(de)高(gao)熵化(hua)合物催化(hua)劑(ji)為(wei)例（圖3），其多種元素的(de)高(gao)度(du)無序(xu)混(hun)合帶來了高(gao)穩定性(xing)，也給人工試驗(yan)找(zhao)出最(zui)優(you)(you)配(pei)比(bi)帶來了極大(da)挑(tiao)戰。獲得最(zui)優(you)(you)配(pei)方需要遍(bian)(bian)歷測試極其龐(pang)大(da)的(de)化(hua)學配(pei)比(bi)組合，目前僅限于對(dui)最(zui)多3種金(jin)屬(shu)組合進行優(you)(you)化(hua)。而機(ji)器化(hua)學家發揮其數據驅(qu)動和智(zhi)能優(you)(you)化(hua)的(de)優(you)(you)勢，智(zhi)能閱讀16000篇(pian)論(lun)文并自主(zhu)遴選(xuan)出5種非(fei)貴金(jin)屬(shu)元素，融(rong)合2萬(wan)組理(li)(li)論(lun)計算數據和207組全流程機(ji)器實(shi)驗(yan)數據，建立了理(li)(li)實(shi)交融(rong)的(de)智(zhi)能模型(xing)，指導貝葉斯優(you)(you)化(hua)程序(xu)從(cong)55萬(wan)種可能的(de)金(jin)屬(shu)配(pei)比(bi)中找(zhao)出最(zui)優(you)(you)的(de)高(gao)熵催化(hua)劑(ji)，將傳統“炒菜式(shi)”遍(bian)(bian)歷搜索所需的(de)1400年縮短為(wei)5周。

圖3機器化學家平臺實現高(gao)熵非貴金屬析氧反應催化劑(ji)的高(gao)效創制(zhi)

國際(ji)審稿人評價(jia)該成果的(de)(de)(de)(de)“機器人系統(tong)、工作(zuo)站(zhan)和智能化(hua)(hua)(hua)學大腦(nao)都(dou)是(shi)最先進(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)”，“將對(dui)化(hua)(hua)(hua)學科(ke)學產生巨(ju)大影(ying)響”。該工作(zuo)脫離了傳(chuan)統(tong)試錯研究范(fan)式的(de)(de)(de)(de)限(xian)制，展現了“最強化(hua)(hua)(hua)學大腦(nao)”指導(dao)的(de)(de)(de)(de)智能新(xin)范(fan)式的(de)(de)(de)(de)巨(ju)大優勢(shi)(shi)，引領化(hua)(hua)(hua)學研究朝著知識(shi)理解數字(zi)化(hua)(hua)(hua)、操(cao)作(zuo)指令化(hua)(hua)(hua)、創(chuang)制模板(ban)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)未來(lai)趨勢(shi)(shi)前(qian)進(jin)(jin)，確(que)立了我國在智能化(hua)(hua)(hua)學創(chuang)新(xin)領域的(de)(de)(de)(de)全球領跑地位。

附：相關文獻參見

Qing Zhu, Fei Zhang, Yan Huang, Hengyu Xiao, LuYuan Zhao, XuChun Zhang, Tao Song, XinSheng Tang, Xiang Li, Guo He, BaoChen Chong, JunYi Zhou, YiHan Zhang, Baicheng Zhang, JiaQi Cao, Man Luo, Song Wang, GuiLin Ye, WanJun Zhang, Xin Chen, Shuang Cong, Donglai Zhou, Huirong Li, Jialei Li, Gang Zou, WeiWei Shang*, Jun Jiang*, Yi Luo*, An all-round AI-Chemist with scientific mind.Natl. Sci. Rev.2022,doi: 10.1093/nsr/nwac190.