和機(jī)器化學(xué)家一樣年輕的，是研發(fā)團(tuán)隊(duì)——其成員以朝氣蓬勃的“90后”“95后”為主。

“這群年輕人做出的東西比我想象的好得多，每一步的研究結(jié)果都超出預(yù)期。”羅毅說(shuō)。

例如，在早期的數(shù)據(jù)采集工作中，還是中國(guó)科大少年班學(xué)院本科生的肖恒宇、霍姚遠(yuǎn)、馮超就表現(xiàn)出超強(qiáng)的研發(fā)能力。

剛開(kāi)始，羅毅、江俊定期開(kāi)討論會(huì)，為學(xué)生們提供指導(dǎo)。但在討論會(huì)上，他倆發(fā)現(xiàn)很多時(shí)候根本插不上話。之后經(jīng)常出現(xiàn)的場(chǎng)面是，學(xué)生熱火朝天地討論，老師在一旁安靜地聽(tīng)、欣慰地看。

“不得不承認(rèn)，信息科學(xué)時(shí)代，年輕人比我們的感覺(jué)更敏銳、理解力更強(qiáng)，他們的思維方式早就‘?dāng)?shù)字化’了?！庇谑?，羅毅與江俊達(dá)成一致——把最重要、最困難的事情交給年輕人去做。

結(jié)果證明，他們的決定是對(duì)的。

在機(jī)器化學(xué)家創(chuàng)建中，除了搭建數(shù)據(jù)庫(kù)外，肖恒宇還自學(xué)計(jì)算機(jī)軟件，開(kāi)發(fā)出操作系統(tǒng)1.0版本。該操作系統(tǒng)既符合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作習(xí)慣，又能發(fā)揮機(jī)器人的自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)，還能嵌入智能模型。

近期，肖恒宇又將操作系統(tǒng)升級(jí)到2.0版本，實(shí)現(xiàn)了硬件即插即用、模型普適遷移和操作云端共享。

專業(yè)工程師看了該架構(gòu)都驚嘆不已：“類似的框架只在西門子智能實(shí)驗(yàn)室看到過(guò)，只有經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師團(tuán)隊(duì)花費(fèi)很高成本才能開(kāi)發(fā)出來(lái)?！?/p>

人工智能領(lǐng)域有一句話：有多少智能，背后就有多少人工。

培育“化學(xué)大腦”最重要的是賦予計(jì)算機(jī)理解物質(zhì)的能力。當(dāng)時(shí)，正在讀碩士研究生的張百成，沒(méi)日沒(méi)夜地標(biāo)注了幾個(gè)星期，文獻(xiàn)讀得頭昏腦漲，但完成的工作量微乎其微。

后來(lái)他改變“打法”，找了多位有專業(yè)背景的同學(xué)聯(lián)合作戰(zhàn)。他們一起構(gòu)建化學(xué)詞典、整理反應(yīng)數(shù)據(jù)，很快設(shè)計(jì)出第一代文獻(xiàn)閱讀系統(tǒng)，得到了第一批高質(zhì)量的標(biāo)記數(shù)據(jù)。

“95后”趙路遠(yuǎn)結(jié)合本科學(xué)的電子工程知識(shí)，主攻化學(xué)工作站改造。她記得，與師弟曹嘉祺一起編寫固體進(jìn)樣儀器的驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，由于信息掌握不充分，無(wú)法準(zhǔn)確理解并調(diào)用儀器接口。他們多次咨詢國(guó)外廠商和代理商，得到的回應(yīng)都是“無(wú)可奉告”“商業(yè)機(jī)密”。

“后來(lái)，我們花了3個(gè)星期，重復(fù)做了3000次發(fā)送信號(hào)、等待反饋和記錄響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，逐步逆向試出底層控制邏輯，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制?！壁w路遠(yuǎn)說(shuō)，國(guó)外廠商反過(guò)來(lái)主動(dòng)聯(lián)系他們，想購(gòu)買他們研發(fā)的驅(qū)動(dòng)程序。

類似這樣的事，在機(jī)器化學(xué)家項(xiàng)目攻關(guān)中并不鮮見(jiàn)。

令江俊欣慰的是，這群年輕人從不以專業(yè)限制自己，而是主動(dòng)學(xué)習(xí)、迎難而上，想方設(shè)法解決問(wèn)題。

眼下，這群學(xué)生已成為實(shí)驗(yàn)室的骨干，各有各的絕活兒。其中，肖恒宇正在設(shè)計(jì)集中式大規(guī)模機(jī)器科學(xué)家平臺(tái)，張百成在賦予機(jī)器人譜學(xué)智能，趙路遠(yuǎn)在探索適配產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的化學(xué)工作站。

表現(xiàn)：科研能力超強(qiáng)

數(shù)千年來(lái)，人類在化學(xué)領(lǐng)域不斷解鎖物質(zhì)世界的奧秘，制造出許多令人驚嘆的物品和材料。

然而，化學(xué)又是一門需要一點(diǎn)“運(yùn)氣”的學(xué)科。能產(chǎn)生反應(yīng)的物質(zhì)有很多，不同的量會(huì)帶來(lái)不同的結(jié)果。更關(guān)鍵的是，反應(yīng)釜完全是個(gè)“黑箱”，里面會(huì)發(fā)生什么、過(guò)程如何，在很多情況下是無(wú)法計(jì)算和計(jì)量的。

因此，在化學(xué)領(lǐng)域總有一些“無(wú)心插柳”的成果，也有一些“徒勞無(wú)功”的無(wú)奈。得到想要的結(jié)果，可能需要很長(zhǎng)的時(shí)間。

機(jī)器化學(xué)家的誕生有望改變這一狀況。

江俊介紹，機(jī)器化學(xué)家通過(guò)機(jī)器人精準(zhǔn)的自動(dòng)化操作能力，可以“不知疲倦”地執(zhí)行任務(wù)。與此同時(shí)，“化學(xué)大腦”同步進(jìn)行量子化學(xué)仿真模擬，再融合理論大數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)小數(shù)據(jù)產(chǎn)生具有預(yù)測(cè)能力的人工智能模型，最終得到算法預(yù)測(cè)、驗(yàn)證全局最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)配方。

正是這種理實(shí)交融的研究范式，能夠從數(shù)百萬(wàn)種可能的配方中迅速識(shí)別最佳組合，極大加速了新物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程。

江俊以創(chuàng)制“高熵非貴金屬產(chǎn)氧催化劑”為例，展示機(jī)器化學(xué)家的超強(qiáng)能力。

高熵材料具有高混亂、高無(wú)序、高復(fù)雜度的特點(diǎn)，能提高能源電池的穩(wěn)定性，對(duì)新能源發(fā)展非常重要。如果按照以往的方法，科研人員要從29種非貴金屬元素中選出5種進(jìn)行超過(guò)55萬(wàn)種配比組合，“試錯(cuò)”研究可能需要1400年。

而機(jī)器化學(xué)家通過(guò)閱讀1.6萬(wàn)篇催化論文，自主遴選出5種非貴金屬元素，并融合2.5萬(wàn)組理論計(jì)算數(shù)據(jù)和207組全流程機(jī)器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立并優(yōu)化預(yù)測(cè)模型，將創(chuàng)制周期縮短為5個(gè)星期。

體現(xiàn)機(jī)器化學(xué)家強(qiáng)大科研能力的，還有一項(xiàng)基于火星隕石的催化劑研究。

一直以來(lái)，火星移民是人類的夢(mèng)想。實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想，首先要解決火星大氣中氧氣缺乏的難題。

就在前不久，機(jī)器化學(xué)家利用火星隕石成功創(chuàng)制出實(shí)用的產(chǎn)氧電催化劑。該成果在《自然-合成》發(fā)表后，引發(fā)了很大反響?！蹲匀弧肪W(wǎng)站相關(guān)文章認(rèn)為，此項(xiàng)研究“為火星探測(cè)和地外文明探索提供了新的技術(shù)手段”。

江俊介紹，如果用人工方式做實(shí)驗(yàn)，以5種不同的火星礦石作為原料，有超過(guò)376萬(wàn)個(gè)配方的排列組合。按每個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證至少5小時(shí)計(jì)算，找到最佳配方可能需要2000年。而機(jī)器化學(xué)家只用了5個(gè)星期就做完了實(shí)驗(yàn)。給出的優(yōu)化后催化劑配方，可以提供足夠的氧氣。

江俊等人親切地把機(jī)器化學(xué)家命名為“小來(lái)”，意味著開(kāi)啟未來(lái)物質(zhì)科學(xué)探索的新紀(jì)元。它與人類智慧的結(jié)合將創(chuàng)建物質(zhì)科學(xué)全新的可能，引領(lǐng)人類在星辰大海中不斷拓寬知識(shí)的邊界。

江俊在機(jī)器化學(xué)家實(shí)驗(yàn)室里調(diào)試操作指令。張大崗 攝

目標(biāo)：數(shù)據(jù)與智能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)研究新范式

放眼全球，在機(jī)器化學(xué)家領(lǐng)域，目前只有英國(guó)格拉斯哥大學(xué)和中國(guó)科大實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化文獻(xiàn)閱讀功能、英國(guó)利物浦大學(xué)和中國(guó)科大實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人可移動(dòng)性。最為重要的是，國(guó)外同行研發(fā)的同類產(chǎn)品均未實(shí)現(xiàn)文獻(xiàn)調(diào)研、合成、表征、測(cè)試、數(shù)據(jù)處理全流程，可進(jìn)行的研究類型較為單一，離智能化尚有差距。

“這說(shuō)明我國(guó)的機(jī)器化學(xué)家研發(fā)與國(guó)際同行處于并跑階段，并在某些方面具有領(lǐng)跑優(yōu)勢(shì)，發(fā)展?jié)摿薮??！苯≌f(shuō)。

從機(jī)器化學(xué)家的成功經(jīng)驗(yàn)看，羅毅認(rèn)為，未來(lái)可以將科學(xué)工程化，把優(yōu)秀科研人員聚集在一起，以機(jī)器為載體，以數(shù)據(jù)為要素，做有組織的科研。

羅毅表示，他們的目標(biāo)是迅速擴(kuò)大機(jī)器化學(xué)家這一技術(shù)平臺(tái)的規(guī)模，增強(qiáng)其能力，建成世界上最好的“化學(xué)醫(yī)院”。

“我們希望可以擴(kuò)大平臺(tái)規(guī)模、多地聯(lián)動(dòng)，建成不同形態(tài)的智能機(jī)器人，比如天上飛的、地上跑的、桌面微操作的機(jī)器人，日均完成萬(wàn)次以上化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，滿足航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、材料科學(xué)、化工原料、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的研發(fā)需求。”

目前，研發(fā)團(tuán)隊(duì)正在賦予機(jī)器人對(duì)化學(xué)過(guò)程的感知、預(yù)判能力?！氨热纾x予機(jī)器人譜學(xué)智能。以前是訓(xùn)練機(jī)器人如何做實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在希望機(jī)器人通過(guò)譜學(xué)智能直接看到微觀世界的變化，這樣就能夠更快地預(yù)判化學(xué)變化，超越人對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解。”羅毅說(shuō)。

羅毅期待更多科研人員將重要的科學(xué)問(wèn)題放到機(jī)器化學(xué)家這個(gè)平臺(tái)上，以提高科研效率、產(chǎn)出更多新成果。

“我們處在一個(gè)技術(shù)快速迭代的時(shí)代，要主動(dòng)擁抱新技術(shù)，以積極開(kāi)放的心態(tài)迎接世界的變化?！绷_毅這樣闡述團(tuán)隊(duì)的終極目標(biāo)：創(chuàng)造出具備創(chuàng)造力的智能化學(xué)家，及早形成數(shù)據(jù)與智能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)研究新范式。（記者王敏）

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