AI研制新材料速度超狂! 17天造出41种稳定物料
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一个由机器人技术与人工智能(AI)联手开发新材料的自动系统发布首批发现,在短短17天内,成功制作出41种新的无机材料,其中9种是在AI主动学习改进后成功。这些进步有望大大加速清洁能源技术、下一代电子产品和许多其他应用的材料的发现。
![柏克莱实验室研究员检查A-Lab新物料实验的起点。 Berkeley Lab 柏克莱实验室研究员检查A-Lab新物料实验的起点。 Berkeley Lab](https://image.hkhl.hk/f/1024p0/0x0/100/none/575e65f454788261e9750dcc39b57505/2023-11/IMG_6848.jpeg)
![研究员微调 A-Lab组件。Berkeley Lab 研究员微调 A-Lab组件。Berkeley Lab](https://image.hkhl.hk/f/1024p0/0x0/100/none/5680b77d0dce409a9935ff3143816bad/2023-11/IMG_6877.jpeg)
![人工智能引导的机器人创造出40多种新材料。 Google DeepMind 人工智能引导的机器人创造出40多种新材料。 Google DeepMind](https://image.hkhl.hk/f/1024p0/0x0/100/none/5ffbd077a68186011a4b166e47b2927c/2023-11/IMG_6847.jpeg)
![开放式数据库“材料专案”提供不同的材料的重要资讯,图为数据库中的12种化合物结构。Berkeley Lab 开放式数据库“材料专案”提供不同的材料的重要资讯,图为数据库中的12种化合物结构。Berkeley Lab](https://image.hkhl.hk/f/1024p0/0x0/100/none/3807a5cda06d36116ae005c54f99b1ba/2023-11/IMG_6872.jpeg)
![“材料专案”许多计算都是在伯克利实验室的超级电脑上进行。 Berkeley Lab “材料专案”许多计算都是在伯克利实验室的超级电脑上进行。 Berkeley Lab](https://image.hkhl.hk/f/1024p0/0x0/100/none/09bffa250a1ba010dcc0d989c49f795c/2023-11/IMG_6874.jpeg)
经过几个世纪艰苦的实验室工作,化学家合成出数十万种无机化合物。然而研究表明,仍有数十亿种相对简单的无机材料有待被发现。
Google DeepMind透过名为材料探索图网络(GNoME)的人工智能系统,经训练后得出多达220万种潜在化合物。经过计算这些化合物是否稳定,并预测它们的晶体结构,在劳伦斯柏克莱国家实验室(LBNL)开放式数据库“材料专案”(Materials Project)中增加了38.1万种新的无机化合物。
隶属美国能源部的LBNL属下A-Lab团队,选出其中58种预期稳定的目标化合物,然后交给机械学习模型,利用最先进的机器人技术,将这些想像中的物料制造出来。
![第一个机器人取出称为粉末前驱体的起始成分,称重并以不同组合混合。 第一个机器人取出称为粉末前驱体的起始成分,称重并以不同组合混合。](https://image.hkhl.hk/f/1024p0/0x0/100/none/f4bc32fac5dcd3e533cb9b5f1fbb8895/2023-11/IMG_6851.jpeg)
![前驱物有近200种,包括锂、铁、铜、锰、镍等元素的不同金属氧化物。Berkeley Lab 前驱物有近200种,包括锂、铁、铜、锰、镍等元素的不同金属氧化物。Berkeley Lab](https://image.hkhl.hk/f/1024p0/0x0/100/none/f45bf5812820d94d4d06497cfbd1a6df/2023-11/IMG_6853.jpeg)
![粉末与溶剂混合均匀。Berkeley Lab 粉末与溶剂混合均匀。Berkeley Lab](https://image.hkhl.hk/f/1024p0/0x0/100/none/844ab74590838e5364c67533d88f479e/2023-11/IMG_6855.jpeg)
![机器人将混合物移入容器。Berkeley Lab 机器人将混合物移入容器。Berkeley Lab](https://image.hkhl.hk/f/1024p0/0x0/100/none/15cfce8b5b476725b040ceeacb400800/2023-11/IMG_6856.jpeg)
![下一个机械手臂提取容器。Berkeley Lab 下一个机械手臂提取容器。Berkeley Lab](https://image.hkhl.hk/f/1024p0/0x0/100/none/c734634bcb0a1e4377ea20ec7d628677/2023-11/IMG_6857.jpeg)
![装入温度可达摄氏1204℃的熔炉。Berkeley Lab 装入温度可达摄氏1204℃的熔炉。Berkeley Lab](https://image.hkhl.hk/f/1024p0/0x0/100/none/847ecc97e684cba7a5e9db8a87a9368e/2023-11/IMG_6858.jpeg)
![熔炉中会注入氮、氢、氧等各种气体,让原料在不同的环境下烘烤出不同特性,Al决定烘烤温度和时间。Berkeley Lab 熔炉中会注入氮、氢、氧等各种气体,让原料在不同的环境下烘烤出不同特性,Al决定烘烤温度和时间。Berkeley Lab](https://image.hkhl.hk/f/1024p0/0x0/100/none/eb543cb7f4efa72f207e185fd0181b01/2023-11/IMG_6859.jpeg)
![机械臂将新物质研磨成细粉末,放上玻璃片主行分析。Berkeley Lab 机械臂将新物质研磨成细粉末,放上玻璃片主行分析。Berkeley Lab](https://image.hkhl.hk/f/1024p0/0x0/100/none/7ba31de84c0bc667261f55d77f418830/2023-11/IMG_6861.jpeg)
![玻璃片放进自动化机器中进行分析。Berkeley Lab 玻璃片放进自动化机器中进行分析。Berkeley Lab](https://image.hkhl.hk/f/1024p0/0x0/100/none/4940e1fe347fdb689c3d62cd1619c2e5/2023-11/IMG_6863.jpeg)
![X绕射仪可确定是否形成了一种或多种新化学物质,以及剩余了多少初始成分。Berkeley Lab X绕射仪可确定是否形成了一种或多种新化学物质,以及剩余了多少初始成分。Berkeley Lab](https://image.hkhl.hk/f/1024p0/0x0/100/none/bcf9599f3eddd3e978f371c96895b189/2023-11/IMG_6864.jpeg)
![自动电子显微镜可进行进一步的形状和化学分析。Berkeley Lab 自动电子显微镜可进行进一步的形状和化学分析。Berkeley Lab](https://image.hkhl.hk/f/1024p0/0x0/100/none/c4d3e5be10153a63cc5bffc6c9dffb55/2023-11/IMG_6866.jpeg)
![实验结果传回人工智能系统,经学习修正组合成分后重新试做。Berkeley Lab 实验结果传回人工智能系统,经学习修正组合成分后重新试做。Berkeley Lab](https://image.hkhl.hk/f/1024p0/0x0/100/none/4589526a3a4a8abb60e778befcb04606/2023-11/IMG_6869.jpeg)
透过梳理3万多个已发布的合成程序,A-Lab 可以评估每个目标与现有材料的相似性,并提出试造新材料所需的成分和反应温度。机械臂自动从原料架上选择成分,进行合成,并分析产品。“主动学习”算法会从失败的经验中学习,再重新尝试。
AI帮人类悭时间
结果,A-Lab花了17 天的时间便制作出41种新的无机材料,其中9 种是经过主动学习改进后合成出来。而A-Lab 未能成功制造的17种材料,大多数因实验困难而失败,部分经过人类干预,例如在反应过程中重新研磨混合物之后,最终也合成出来。
“材料专案”创始人兼主任、加州大学柏克莱分校教授佩尔森(Kristin Persson)说:“要解决全球环境和气候挑战,我们必须创造新材料。借助材料创新,我们可以开发可回收塑料、利用废弃能源、制造更好的电池,并构建更便宜、寿命更长的太阳能电池板等等。”
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