聪明能干的机器化学家来了

“机器化学家”：多学科研究团队的卓越成果

能够自主阅读文献、制定实验方案，并在无人干预的情况下完成实验全流程，创造出新的化学品和材料——这就是中国科学技术大学化学与材料科学学院教授罗毅和江俊团队历经八年攻关的成果。他们成功研发出了全球首个数据智能驱动的全流程机器化学家平台，也就是被人们亲切地称为“机器化学家”的杰出系统。

这一令人瞩目的成果源自于多学科交叉的研究背景。江俊教授表示，该团队的目标是通过机器化学家大科学装置的建立，解放化学家的双手，加快新的化学品和材料的研发创制。他们的成果也得到了审稿人的高度评价，评价指出：“该成果的机器人系统、工作站和智能化学大脑都是最先进的，将对化学科学产生巨大影响。”

早在攻读硕博连读期间，江俊就经常需要进行实验。他意识到，由于算力和人类思考能力的局限，理论和实践常常处于脱节状态，这给传统化学研究带来了很大的挑战。科研人员主要依赖于穷举和试错的方法去创制新物质，这导致了实验成本高、周期跨度长的问题。随着化学研究对象日益复杂化、高维化，面对庞大的化学空间，配方和工艺的搜索常常陷入局部最优解，难以进行全局探索。

大数据与人工智能技术的兴起和快速迭代为科研人员提供了新的机遇。罗毅和江俊及其团队自2014年开始提出“机器化学家”概念，并致力于相关科研工作。经过八年的努力，他们成功研制出了这台机器化学家。

机器化学家由“化学大脑”、机器人实验员和智能化学工作站三部分组成。其中，“化学大脑”是核心部分，它通过大量化学实验和理论数据的分析建立了知识图谱，实现了阅读理解文献、设计化学实验、自主优化方案的能力，并配备了人机交互的操作系统，方便无编程基础的科研用户使用。机器人实验员和化学工作站之间能进行数据交换和互动，精准配合执行化学实验。

机器化学家的潜力在江俊的展示中得到了充分展现：它能够阅读16000篇论文，自主筛选出关键信息，结合理论数据和机器实验数据建立智能模型，从而在庞大的可能性中找出最优的高熵催化剂。原本需要大量人力物力以及长时间的传统方式需要约1400年，而机器化学家仅需5周即可完成。

业内专家认为，机器化学家的研究工作已经确立了我国在智能化学创新领域的全球领跑地位。它打破了传统试错研究范式的限制，展现出智能新范式的巨大优势，引领化学研究朝着知识理解数字化、实验操作指令化、材料创制模板化的未来趋势前进。

这支多学科青年科学家团队合力攻关，近30人的研发团队中多数是90后、95后的研究员们分工明确，配合默契。他们攻克了机器人对化学实验操作的精准模仿以及智能化学工作站的改造等难点，成功研制出了这台具有划时代意义的机器化学家。这一成果的取得离不开每一位团队成员的辛勤付出和卓越才能。“机器化学家”的破冰之旅与未来展望

在时间的刻度上，2021年12月2日，是一个值得纪念的日子。那天，“机器化学家”迎来了它的首次系统整体试运行。结果并不尽如人意，团队的成员彻夜未眠，忙于排查问题，却仍然感到困惑。就在大家陷入僵局之际，肖恒宇灵机一动。他意识到，化学设备和机械臂都配备了红外探测设备，两者之间可能存在相互干扰。一个简单的手势——调整机械臂的朝向，奇迹般地解决了困扰团队的难题。

随后的开发调试过程中，“机器化学家”团队面临了更多跨领域的挑战。不同仪器设备间的协同，不同系统程序间的沟通，都像是无形的壁垒，考验着团队的跨学科思考能力。正是凭借交叉学科的思维，他们逐一攻克了这些难题。

通讯员张大岗镜头下的“机器化学家”，不仅是科技的象征，更是团队合作与智慧的结晶。赋予机器人物质级别的感知能力，是当前团队的核心任务之一。就像人类通过感官了解实验进展一样，机器人也需要“学会”识别颜色、光谱的变化。江俊解释道：“我们正在增强机器人的‘视觉’功能，让它既能识别红外，又能识别可见光，甚至通过光谱分析，了解微观物质的变化。”

谈及未来，江俊的眼中闪耀着激情。他描绘了一个宏伟蓝图：一座大楼里，上百个机器人、上千个智能化学工作站井然有序。全国的化学家、材料学家只需在网上提交任务，“机器化学家”团队就能通过智能系统分配机器人去完成。这不仅是一个实验数据的交流平台，更是一个孕育新知识的温床。在这里，机器人与人工智能共同编织出一个优化生产高效化学品和新材料的数字化图谱。

机器人通过与科研人员的互动，不断吸收人类的操作逻辑和思维模式。若干年后，这些机器人或许不再仅仅是执行任务的机器，而是拥有创造力的“机器化学家”。江俊表示：“我们期望得到国家的支持，在不久的将来建成一个大型的科学装置。我们还需要不断训练机器人和打磨智能化学通用模型。”他们的终极目标，是革新传统化学研究方式，彻底解放化学家的双手，让创新更加高效、便捷。