讀創/深圳商報首席記者 陳小慧
北京時間3月3日，一項發表於《自然-合成》的研究首次將數據驅動自動合成、機器人輔助可控合成、機器學習促進逆向設計用於膠體納米晶（例如鈣鈦礦）材料合成，探索構建了「機器科學家」平台，有望將科研人員從傳統試錯實驗、勞動密集型表徵中解放，實現納米晶材料數字智造。
（論文截圖）
該研究由中國科學院深圳先進技術研究院（以下簡稱深圳先進院）材料界面研究中心喻學鋒、趙海濤團隊、中國科學技術大學江俊、澳大利亞國立大學殷宗友等共同完成。深圳先進院是第一通訊單位。
據了解，傳統的材料製備，通常要經歷繁雜且漫長的讀文獻、做實驗、想規律等階段。想要突破從傳統的材料合成到材料數字智造的轉變，需要搭建「能讀」-文獻挖掘、「能做」-機器人合成和表徵、「能想」-機器學習分析規律的「機器科學家」，賦予其科學家的基本能力，進一步為材料數字智造賦能。
（圖說：機器人輔助膠體納米晶數字智造自動化平台來源：科研團隊供圖）
基於這些思考，研究團隊設計了智能耗材管理、行走機器人、六軸機器手、自動移液、材料自動合成平台、顏色超靈敏相機原位表徵等模塊，以納米晶為例，驗證了從化學原料取樣、機器人輔助合成、機器人原位表徵到機器人逆向設計材料的全過程。
據介紹，納米晶在能源、光學、光化學、電化學、光電子學以及生物醫藥等領域的應用潛力巨大。納米晶物理化學性質與其形貌、尺寸息息相關，而傳統的試錯實驗和密集表徵需花費大量時間和精力，制約了納米晶的研發。
為此，研究團隊整合數據驅動自動化合成、機器人輔助可控合成、面向形貌逆向設計等技術，構建了機器人輔助膠體納米晶數字智造平台，以此突破當前納米晶可控合成研究的局限性。
（圖說：「機器科學家」開啟納米晶材料數字智造示意圖 來源：科研團隊供圖）
研究團隊以兩種典型的膠體納米晶為研究範例，一種是目前在生物傳感檢測領域被廣泛研究的金納米棒，一種是在新能源和光學探測領域有巨大應用潛力的鈣鈦礦納米晶。
審稿人在評價中指出，「趙海濤等人建立了一個由機器學習、機器人自動化和大數據組成的複雜系統，並進一步利用它實現了納米晶的合成和逆向合成。這項工作成功地將自動化和機器學習協同起來，以實現更有效的膠體納米晶合成，並詳盡報告了其高通量實驗大數據。」
審讀：孫世建