《自然》：人工智能驱动的移动机器人组队处理化学合成

利物浦大学的研究人员开发出了人工智能驱动的移动机器人，可以以非凡的效率进行化学合成研究。

在发表在《自然》杂志上的一项研究中，研究人员展示了使用人工智能逻辑做出决策的移动机器人如何能够执行与人类相同水平的探索性化学研究任务，但速度要快得多。

这个1.75米高的移动机器人是由利物浦团队设计的，用于解决探索化学中的三个主要问题：进行反应，分析产物，以及根据数据决定下一步该做什么。

这两个机器人以合作的方式完成了这些任务，因为它们解决了化学合成三个不同领域的问题——结构多样化化学（与药物发现相关）、超分子主客体化学和光化学合成。

结果发现，有了人工智能功能，移动机器人可以做出与人类研究人员相同或相似的决定，但这些决定的时间要比人类快得多，后者可能需要几个小时。

利物浦大学化学与材料创新工厂的安德鲁·库珀教授领导了这个项目，他解释说：

“化学合成研究既耗时又昂贵，无论是在物理实验中还是在决定下一步要做什么实验时，使用智能机器人都提供了一种加速这一过程的方法。

“当人们想到机器人和化学自动化时，他们往往会想到混合溶液、加热反应等等。这是其中的一部分，但决策过程至少也同样耗时。这对于探索性化学来说尤其如此，因为你不确定结果。它涉及基于多个数据集的关于某件事是否有趣的微妙的上下文决策。这对研究化学家来说是一项耗时的任务，但对人工智能来说却是一个难题。”

决策是探索化学中的一个关键问题。例如，研究人员可能会进行几个试验反应，然后决定只扩大那些产生良好反应收率或有趣产物的反应。这对于AI来说很难做到，因为关于某件事是否“有趣”和是否值得追求的问题可能有多种背景，例如反应产物的新颖性，或者合成路线的成本和复杂性。

Sriram Vijayakrishnan博士是前利物浦大学的博士生，他解释说：“当我攻读博士学位时，我手工完成了许多化学反应。通常，收集和计算分析数据所花费的时间与设置实验的时间一样长。当您开始自动化化学反应时，这个数据分析问题变得更加严重。你最终可能会被数据淹没。”

“我们通过为机器人构建人工智能逻辑来解决这个问题。这将处理分析数据集以做出自主决策，例如，是否进行反应的下一步。这个决定基本上是即时的，所以如果机器人在凌晨3点进行分析，那么它将在凌晨3点01分决定对进程的反应。相比之下，化学家可能需要几个小时才能完成相同的数据集。”

库珀教授补充说：“机器人的背景广度不如训练有素的研究人员，所以在目前的形式下，它不会有‘我发现了！”的时刻。但对于我们在这里给它的任务，人工智能逻辑在这三个不同的化学问题上做出的决定与合成化学家的决定或多或少是一样的，它在眨眼之间做出这些决定。还有很大的空间可以扩展对人工智能的上下文理解，例如通过使用大型语言模型将其直接与相关科学文献联系起来。”

未来，利物浦团队希望利用这项技术来发现与药物合成相关的化学反应，以及用于二氧化碳捕获等应用的新材料。

在这项研究中使用了两个移动机器人，但没有限制可以使用的机器人团队的规模。因此，这种方法可以扩展到最大的工业实验室。