Nature：世界首个移动AI化学家问世8天完成688次实验！

　　7月8日，国际顶级杂志《Nature》封面报道了利物浦大学研究人员开发的智能移动AI化学家（mobile robotic chemist）。该机器人具有类似于人的尺寸和可触及的范围，可独立执行化学实验中的所有任务，例如称量固体、分配液体、从容器中除去空气、运行催化反应以及定量反应产物，甚至可以对下一步要进行的化学实验做出自己的决定，并且已经发现了一种新的催化剂。活脱脱一个不怕苦、不叫累的实验民工。

最新一期 Nature 封面

　　该机器人具有人形特征，可以在标准实验室中工作，就像人类研究人员一样使用各种仪器。但是，与人类不同，这款400公斤重的机器人具有无限的耐心，可以思考10个维度，每天工作21.5小时，人只需做的就是暂停、充电。

图1：自主移动机器人和实验站。a是显示机器人将样品加载到光解站中的照片。b通过激光扫描生成的实验室地图，显示了八个站点的位置；GC，气相色谱仪。c，在分配光催化剂之前，机器人将空的样品瓶装入固体分配站。d，在气相色谱仪台上装载新的样品架进行分析。e，气相色谱分析后，将完成的样品架存储在输入站1中。

AI化学家可在实验室自由移动

　　化学实验室中的自动化正在兴起，但迄今为止，这种趋势往往涉及定制的自动化仪器或定制界面，以允许机械臂与实验室设备一起使用。与以往文献中报道的AI化学家不同的是，这个身高1.75米的机器人可以自由移动，在实验室内漫游，执行各种各样的任务，它结合了激光扫描和触摸反馈来进行定位，而不是使用视觉系统。

　　在一个公开的科研项目中，AI化学家在8天内进行了688次实验，在192个小时内工作了172个小时，进行了319次移动，完成了6,500次操纵，总行驶距离为2.17公里。

　　AI化学家独立执行实验中的所有任务，例如称量固体，分配液体，从容器中除去空气，运行催化反应以及定量反应产物。

AI化学家自带大脑

　　研究人员基于五个假设，使用AI化学家来提高光催化剂P10 / L-cysteine （半胱氨酸）系统的HER（自动析出氢析出率），这五个假设可能具有协同作用或反协同作用。机器人的大脑使用搜索算法在1亿个候选实验的10维空间中导航，从而根据前一个实验的结果确定下一步要进行的最佳实验。最终机器人自主发现了一种活性高六倍的催化剂。

　　最初，机器人从随机条件开始，发现了多组分催化剂配方，其活性远低于单独的P10和1-半胱氨酸。然后，机器人发现添加氯化钠对HER的改善很小，从而验证了离子强度很重要的假设。在同一时期，机器人发现最大化P10和1-半胱氨酸可增加HER。在进一步的实验中，机器人发现三种染料或两种表面活性剂均不能改善HER。因此，在大约150次实验后，这五个组件被取消选择。在进行30次实验后，机器人了解到在不存在染料的情况下（在300次实验后，最高可达15 µmol），添加二硅酸钠可以显着改善HER，同时优先考虑添加NaOH和NaCl。经过688次实验（共进行8天的自主搜索）后，机器人发现最佳的催化剂配方是NaOH， 1-半胱氨酸，二硅酸钠和P10的混合物，HER为21.05 µmol/h，这比最初的催化剂活性高六倍。

　　作者估计，使用标准的手动方法，人类研究人员可能需要几个月的时间才能以相同的详细程度来探索这五个假设。（手动进行氢气析出测量，每个实验需要大约0.5天的研究人员时间，1,000个实验需要500天）

　　利物浦大学博士生本杰明·伯格博士（Benjamin Burger）对机器人进行了编程和编程，他说：“最大的挑战是使系统坚固耐用。要在多日内自主工作，进行数千次精细操作，每项任务的失败率需要极低。但是一旦完成，与人类操作员相比，机器人犯的错误要少得多。”

　　利物浦大学化学和材料创新工厂系的安德鲁·库珀教授领导了该项目。该工厂耗资8100万英镑，致力于先进材料的研发。他补充说：“我们的战略是使研究人员自动化，而不是使仪器自动化。这创造了一定程度的灵活性，将改变我们的方式工作和我们可以解决的问题。这不仅是实验室中的另一台机器：它是一支新的超能力团队成员，它为人类研究人员腾出了时间进行创造性思考。”