Nature：世界首個移動AI化學家問世8天完成688次實驗！

　　7月8日，國際頂級雜志《Nature》封面報道了利物浦大學研究人員開發的智能移動AI化學家（mobile robotic chemist）。該機器人具有類似于人的尺寸和可觸及的范圍，可獨立執行化學實驗中的所有任務，例如稱量固體、分配液體、從容器中除去空氣、運行催化反應以及定量反應產物，甚至可以對下一步要進行的化學實驗做出自己的決定，并且已經發現了一種新的催化劑。活脫脫一個不怕苦、不叫累的實驗民工。

最新一期 Nature 封面

　　該機器人具有人形特征，可以在標準實驗室中工作，就像人類研究人員一樣使用各種儀器。但是，與人類不同，這款400公斤重的機器人具有無限的耐心，可以思考10個維度，每天工作21.5小時，人只需做的就是暫停、充電。

圖1：自主移動機器人和實驗站。a是顯示機器人將樣品加載到光解站中的照片。b通過激光掃描生成的實驗室地圖，顯示了八個站點的位置；GC，氣相色譜儀。c，在分配光催化劑之前，機器人將空的樣品瓶裝入固體分配站。d，在氣相色譜儀臺上裝載新的樣品架進行分析。e，氣相色譜分析后，將完成的樣品架存儲在輸入站1中。

AI化學家可在實驗室自由移動

　　化學實驗室中的自動化正在興起，但迄今為止，這種趨勢往往涉及定制的自動化儀器或定制界面，以允許機械臂與實驗室設備一起使用。與以往文獻中報道的AI化學家不同的是，這個身高1.75米的機器人可以自由移動，在實驗室內漫游，執行各種各樣的任務，它結合了激光掃描和觸摸反饋來進行定位，而不是使用視覺系統。

　　在一個公開的科研項目中，AI化學家在8天內進行了688次實驗，在192個小時內工作了172個小時，進行了319次移動，完成了6,500次操縱，總行駛距離為2.17公里。

　　AI化學家獨立執行實驗中的所有任務，例如稱量固體，分配液體，從容器中除去空氣，運行催化反應以及定量反應產物。

AI化學家自帶大腦

　　研究人員基于五個假設，使用AI化學家來提高光催化劑P10 / L-cysteine （半胱氨酸）系統的HER（自動析出氫析出率），這五個假設可能具有協同作用或反協同作用。機器人的大腦使用搜索算法在1億個候選實驗的10維空間中導航，從而根據前一個實驗的結果確定下一步要進行的最佳實驗。最終機器人自主發現了一種活性高六倍的催化劑。

　　最初，機器人從隨機條件開始，發現了多組分催化劑配方，其活性遠低于單獨的P10和1-半胱氨酸。然后，機器人發現添加氯化鈉對HER的改善很小，從而驗證了離子強度很重要的假設。在同一時期，機器人發現最大化P10和1-半胱氨酸可增加HER。在進一步的實驗中，機器人發現三種染料或兩種表面活性劑均不能改善HER。因此，在大約150次實驗后，這五個組件被取消選擇。在進行30次實驗后，機器人了解到在不存在染料的情況下（在300次實驗后，最高可達15 μmol），添加二硅酸鈉可以顯著改善HER，同時優先考慮添加NaOH和NaCl。經過688次實驗（共進行8天的自主搜索）后，機器人發現最佳的催化劑配方是NaOH， 1-半胱氨酸，二硅酸鈉和P10的混合物，HER為21.05 μmol/h，這比最初的催化劑活性高六倍。

　　作者估計，使用標準的手動方法，人類研究人員可能需要幾個月的時間才能以相同的詳細程度來探索這五個假設。（手動進行氫氣析出測量，每個實驗需要大約0.5天的研究人員時間，1,000個實驗需要500天）

　　利物浦大學博士生本杰明·伯格博士（Benjamin Burger）對機器人進行了編程和編程，他說：“最大的挑戰是使系統堅固耐用。要在多日內自主工作，進行數千次精細操作，每項任務的失敗率需要極低。但是一旦完成，與人類操作員相比，機器人犯的錯誤要少得多。”

　　利物浦大學化學和材料創新工廠系的安德魯·庫珀教授領導了該項目。該工廠耗資8100萬英鎊，致力于先進材料的研發。他補充說：“我們的戰略是使研究人員自動化，而不是使儀器自動化。這創造了一定程度的靈活性，將改變我們的方式工作和我們可以解決的問題。這不僅是實驗室中的另一臺機器：它是一支新的超能力團隊成員，它為人類研究人員騰出了時間進行創造性思考。”