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以高通量技術(shù)打開新型材料合成新領(lǐng)域
中國(guó)作為全球最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)力將躍居全球前列。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)、高端的自動(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 萬美元和 10 年的開發(fā)時(shí)間減少到 100 萬美元和 1 年。
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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)，通過計(jì)算模擬和機(jī)器學(xué)習(xí)來進(jìn)行預(yù)測(cè)，并挖掘邊界條件等信息來獲取合適范圍內(nèi)的分子，更借此進(jìn)行高通量的樣品制備、合成、工藝開發(fā)、配方、應(yīng)用或測(cè)試，加速產(chǎn)品的研發(fā)周期。
通過?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)室在無人監(jiān)督的情況下完全自主地運(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)過程，這為團(tuán)隊(duì)的開發(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)，屬于全球材料科學(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)，分別有來自多倫多大學(xué)和世界各地的 50 多名頂尖研究人員，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)高端與 AI 材料科學(xué)創(chuàng)新及應(yīng)用。
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在 2019 年，Alán Aspuru-Guzik 成功成在 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過程，并通過半制備柱過濾, 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 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
圖源: 騰訊網(wǎng)
https://new.qq.com/omn/20210529/20210529A0AXBB00.html