化學(xué)實(shí)驗如何告別傳統“試錯法”，破解新物質(zhì)制作周期長(cháng)、成本高的難題？

在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)精準智能化學(xué)全國重點(diǎn)實(shí)驗室里，大模型成為科研“超級助手”，AI機器人成為實(shí)驗室“主力軍”?？梢宰灾髟O計實(shí)驗方案、24小時(shí)不間斷做實(shí)驗的智能科研基礎設施——“智能科學(xué)家”，正成為人工智能引領(lǐng)科研范式變革的代表之一。

在實(shí)驗桌前，一名“智能科學(xué)家”正抬起結實(shí)的機械臂抓取試管，依次走過(guò)液體進(jìn)樣臺、磁力攪拌臺、烘干工作臺，進(jìn)行樣品稱(chēng)重、攪拌、離心、烘干……精準智能化學(xué)全國重點(diǎn)實(shí)驗室的19個(gè)分布式實(shí)驗室中，分布著(zhù)110臺這樣的“智能科學(xué)家”。它們可以通過(guò)自主實(shí)驗，精準完成試劑配置、樣品合成、性能表征等一系列操作，將實(shí)驗數據實(shí)時(shí)同步至智能操作系統。

除了能24小時(shí)“做”實(shí)驗，這些“智能科學(xué)家”還可以自己“看”論文、“想”方案甚至“學(xué)”經(jīng)驗。

在“AICHEM云平臺”上，選擇“人機對話(huà)”，提出一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，會(huì )有四個(gè)大模型同時(shí)生成答案，還可以在此基礎上設計實(shí)驗方案?！斑@就相當于有了一個(gè)科學(xué)家的大腦?！睂?shí)驗室副主任江俊說(shuō)。

這個(gè)“智能大腦”建立并不容易。最初，是科研團隊為了解決化學(xué)問(wèn)題而設計的人工智能平臺。團隊花了三年時(shí)間，像“螞蟻搬家”一樣從教科書(shū)、論文和專(zhuān)利中整理出百萬(wàn)條化學(xué)數據，同時(shí)，還把本校相關(guān)領(lǐng)域專(zhuān)家的研究經(jīng)驗“灌”進(jìn)計算機，讓“智能大腦”去理解更為復雜的化學(xué)知識。

2021年，機器化學(xué)家“小來(lái)”正式誕生，它集成了2臺移動(dòng)機器人、19個(gè)智能化學(xué)工作站和高通量計算系統，日均能完成2000次精準操作，抵得上五六名科研人員的工作量。

為了研發(fā)火星制氧催化劑，“小來(lái)”學(xué)習了5萬(wàn)多篇相關(guān)的化學(xué)論文，面對376萬(wàn)種配方組合，人類(lèi)科研團隊需要2000年來(lái)進(jìn)行實(shí)驗驗證，“小來(lái)”憑借“智能大腦”，用6周時(shí)間找到最佳配方。

當看到“人工智能+”賦能科研創(chuàng )新的新路徑后，科研團隊為“小來(lái)”制作了機械臂，又接入了多個(gè)生成式大模型。優(yōu)化了“大腦”和“手臂”的第二代“機器化學(xué)家”，被命名為“小臨”。

“十五五”規劃建議專(zhuān)章部署“加快高水平科技自立自強，引領(lǐng)發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力”，提出要提升國家創(chuàng )新體系整體效能。在中國科大的精準智能化學(xué)全國重點(diǎn)實(shí)驗室，這一戰略部署正轉化為具體的實(shí)踐。

目前，科研團隊進(jìn)行了第三次迭代，將更多領(lǐng)域的科學(xué)知識“教”給“智能大腦”，讓“機器化學(xué)家”進(jìn)一步升級，成為精通更多學(xué)科領(lǐng)域的“智能科學(xué)家”。

2024年，“智能科學(xué)家”通過(guò)機器閱讀和機器實(shí)驗，創(chuàng )制相變隔熱阻燃材料，應用于新能源電池、消防服中可耐高溫，且背面溫度處于熱安全范圍。該成果已在2025年通過(guò)量產(chǎn)型測試和產(chǎn)業(yè)驗證，目前正在產(chǎn)業(yè)中落地應用。

“智能科學(xué)家”還突破了地域的局限，加速各領(lǐng)域科技創(chuàng )新。通過(guò)“AICHEM云平臺”，不同的高校、科研院所也可以線(xiàn)上“下單”，讓這個(gè)實(shí)驗室內的“智能科學(xué)家”遠程進(jìn)行實(shí)驗。

實(shí)驗室特任教授朱濯纓介紹，團隊的目標是讓機器實(shí)現“完全自主科研”：未來(lái)，它可能通過(guò)閱讀文獻發(fā)現全新科研方向，在人類(lèi)未涉足的領(lǐng)域實(shí)現突破；即便是非化學(xué)專(zhuān)業(yè)的研究者，也能借助它完成“從0到1”的物質(zhì)創(chuàng )制。