חוקרי NCSU: 'כימאי מלאכותי' עם AI יאיץ מו"פ, ייצור
תאריך פרסום:
"אני מאמין שמחקר ופיתוח חומרים אוטונומיים המאפשרים כימאי מלאכותי יכולים לעצב מחדש את העתיד של פיתוח וייצור חומרים." – NCSU
ראלי - חוקרים מאוניברסיטת צפון קרוליינה סטייט ומאוניברסיטת באפלו פיתחו טכנולוגיה בשם "כימאי מלאכותי", המשלבת בינה מלאכותית (AI) ומערכת אוטומטית לביצוע תגובות כימיות כדי להאיץ מו"פ וייצור של חומרים רצויים מסחרית.
בניסויים של הוכחת מושג, החוקרים הדגימו כי כימאי מלאכותי יכול לזהות ולייצר את הנקודות הקוונטיות הטובות ביותר עבור כל צבע תוך 15 דקות או פחות. נקודות קוונטיות הן ננו-גבישים מוליכים למחצה קולואידים, המשמשים ביישומים כגון צגי LED.
עם זאת, החוקרים ממהרים לציין כי כימאי מלאכותי יכול לזהות את החומר הטוב ביותר שיעמוד בכל חבילת תכונות מדידה - לא רק נקודות קוונטיות.
"כימאי מלאכותי הוא מערכת אוטונומית באמת שיכולה לנווט בצורה חכמה ביקום הכימי", אומר מילאד אבולהסאני, מחבר מקביל של מאמר על העבודה ועוזר פרופסור להנדסה כימית וביו-מולקולרית ב-NC State. "כיום, כימאי מלאכותי מיועד לחומרים מעובדים בתמיסה - כלומר הוא עובד עבור חומרים שניתן לייצר באמצעות מבשרי כימיקלים נוזליים. חומרים המעובדים בתמיסה כוללים חומרים בעלי ערך גבוה כגון נקודות קוונטיות, ננו-חלקיקי תחמוצת מתכת/מתכת, מסגרות אורגניות של מתכת (MOF) וכן הלאה.
"הכימאי המלאכותי דומה למכונית בנהיגה עצמית, אבל למכונית בנהיגה עצמית יש לפחות מספר סופי של מסלולים לבחירה כדי להגיע ליעד שנבחר מראש. עם כימאי מלאכותי, אתה נותן לו קבוצה של פרמטרים רצויים, שהם התכונות שאתה רוצה שיהיו לחומר הסופי. כימאי מלאכותי צריך להבין את כל השאר, כגון מה יהיו המבשרים הכימיים ומה יהיה המסלול הסינטטי, תוך מזעור הצריכה של אותם מבשרי כימיקלים.
"התוצאה הסופית היא טכנולוגיית פיתוח חומרים אוטונומית לחלוטין, שלא רק עוזרת לך למצוא את החומר המעובד בפתרון האידיאלי מהר יותר מכל הטכניקות שנמצאות בשימוש כיום, אלא שהיא עושה זאת תוך שימוש בכמויות זעירות של חומרים מבשרים כימיים. זה מפחית משמעותית את הפסולת והופך את תהליך פיתוח החומרים להרבה פחות יקר".
לכימאי המלאכותי יש גם "גוף" לביצוע ניסויים וחישת תוצאות הניסוי, וגם "מוח" לרישום הנתונים הללו ושימוש בהם כדי לקבוע מה יהיה הניסוי הבא.
לצורך בדיקת הוכחת הרעיון שלהם, הגוף של כימאי מלאכותי שילב את האוטומטיות מפעל ננו-קריסטל ו ננו-רובו פלטפורמות סינתזת זרימה שפותחו במעבדה של אבולהסאני. פלטפורמת הכימאי המלאכותי הוכיחה שהיא יכולה להריץ 500 ניסויי סינתזה של נקודות קוונטיות ביום, אם כי אבולהסאני מעריך שהיא יכולה להריץ עד 1,000.
המוח של הכימאי המלאכותי הוא תוכנית בינה מלאכותית המאפיינת את החומרים המסונתזים על ידי הגוף ומשתמשת בנתונים האלה כדי לקבל החלטות אוטונומיות לגבי מה יהיו התנאים הבאים של הניסוי. הוא מבסס את החלטותיו על מה שהוא קובע שיניע אותו בצורה היעילה ביותר לעבר הרכב החומר הטוב ביותר עם המאפיינים ומדדי הביצועים הרצויים.
"ניסינו לחקות את התהליך שבני אדם משתמשים בו בעת קבלת החלטות, אבל בצורה יעילה יותר", אומר אבולהסאני.
לדוגמה, כימאי מלאכותי מאפשר "העברת ידע", כלומר הוא מאחסן נתונים שנוצרו מכל בקשה שהוא מקבל, ומאיץ את תהליך זיהוי החומר המועמד הבא עליו מוטלת המשימה. במילים אחרות, כימאי מלאכותי נעשה חכם ומהיר יותר עם הזמן בזיהוי החומר הנכון.
להוכחת הרעיון שלהם, החוקרים בדקו תשע מדיניות שונות לגבי האופן שבו הבינה המלאכותית משתמשת בנתונים כדי להחליט מה יהיה הניסוי הבא. לאחר מכן הם הריצו סדרה של בקשות, בכל פעם ביקשו מכימאי מלאכותי לזהות חומר נקודה קוונטית שהתאים בצורה הטובה ביותר לשלושה פרמטרים שונים של פלט.
"מצאנו מדיניות שגם ללא ידע מוקדם, יכולה לזהות את הנקודה הקוונטית הטובה ביותר האפשרית בתוך 25 ניסויים, או בערך שעה וחצי", אומר אבולהסאני. "אבל ברגע שהכימאי המלאכותי היה בעל ידע מוקדם - כלומר הוא כבר טיפל בבקשת חומר מטרה אחת או יותר - הוא יכול היה לזהות את החומר האופטימלי למאפיינים חדשים תוך 10 עד 15 דקות.
"מצאנו שכמאי מלאכותי יכול גם לזהות במהירות את הגבולות של תכונות החומר עבור קבוצה נתונה של מבשרי כימיקלים מתחילים, כך שכימאים ומדעני חומרים לא יצטרכו לבזבז את זמנם על חקירת תנאי סינתזה שונים.
"אני מאמין שמחקר ופיתוח חומרים אוטונומיים המאפשרים כימאי מלאכותי יכולים לעצב מחדש את העתיד של פיתוח וייצור חומרים", אומר אבולהסאני. "עכשיו אני מחפש שותפים שיעזרו לנו להעביר את הטכניקה מהמעבדה למגזר התעשייתי".
הנייר, "כימאי מלאכותי: בוט סינתזת נקודות קוונטית אוטונומית", מתפרסם בכתב העת חומרים מתקדמים. המחבר הראשון של המאמר הוא Robert W. Epps, Ph.D. סטודנט במדינת NC. המאמר נכתב במשותף על ידי תואר ראשון במדינת NC, Michael S. Bowen, Ph.D. הסטודנטים אמנדה א. וולק, קמיל עבד אל-לטיף וסוונג האן; קריסטופר רייס, עוזר פרופסור באוניברסיטת באפלו; וארם אמסיאן, פרופסור חבר למדעי החומרים והנדסה ב-NC State.
העבודה נעשתה בתמיכה ממענק יוזמת מחקר של UNC ומטעם הקרן הלאומית למדע, תחת מענק מספר 1902702.
מקור המאמר המקורי: WRAL TechWire