新華社記者 陳諾

一條長長的實(shí)驗(yàn)桌前，一位體重200公斤的“化學(xué)家”拖著“輕盈”的步子，抬起結(jié)實(shí)的雙臂抓取試管，依次走過液體進(jìn)樣臺(tái)、磁力攪拌臺(tái)、烘干工作臺(tái)，進(jìn)行樣品稱重、攪拌、離心、烘干……在位于安徽合肥的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)一間實(shí)驗(yàn)室里，有這樣一群“機(jī)器化學(xué)家”，用夜以繼日的勞動(dòng)，“慶祝”又一年的“五一”國際勞動(dòng)節(jié)。

“五一”國際勞動(dòng)節(jié)前夕，“機(jī)器化學(xué)家”在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。新華社記者陳諾 攝

“人工智能+”賦能千行百業(yè)，以人工智能引領(lǐng)科研范式變革，加速各領(lǐng)域科技創(chuàng)新突破，“機(jī)器化學(xué)家”正是其中代表之一。它由“化學(xué)大腦”、機(jī)器人實(shí)驗(yàn)員和智能化學(xué)工作站三部分組成，能自己“看”論文、“想”方案、“做”實(shí)驗(yàn)，甚至“學(xué)”經(jīng)驗(yàn)。

一、“小來”的誕生

傳統(tǒng)化學(xué)研究范式深度依賴于“試錯(cuò)法”，其局限性使得新物質(zhì)創(chuàng)制的周期長、成本高。在實(shí)驗(yàn)室里，科研人員需要日復(fù)一日地閱讀文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、調(diào)配試劑，像大海撈針一樣從無數(shù)種材料組合中尋找最優(yōu)解。

時(shí)間回到2013年，中科大化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院教授江俊在出差途中，與同事聊起化學(xué)研究的困境：實(shí)驗(yàn)效率低、數(shù)據(jù)分散，許多成果“藏在”國外期刊里，引用還得花錢。“能否用大數(shù)據(jù)技術(shù)革新化學(xué)研究？”大伙兒一拍即合。

“機(jī)器化學(xué)家”用機(jī)械臂拿取樣品。（受訪單位提供）

但這條路并不好走。團(tuán)隊(duì)花了三年時(shí)間，像“螞蟻搬家”一樣從教科書、論文和專利中整理出百萬條化學(xué)數(shù)據(jù)。然而，光有數(shù)據(jù)還不夠——如何讓機(jī)器理解復(fù)雜的化學(xué)知識？他們又想到一個(gè)妙招：把本校相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业难芯拷?jīng)驗(yàn)“灌”進(jìn)計(jì)算機(jī)。比如，設(shè)計(jì)催化劑時(shí)調(diào)用“熊宇杰大腦”，研究發(fā)光材料時(shí)啟用“張國慶大腦”，給機(jī)器人“吃小灶”。

2020年，同校的自動(dòng)化專家尚偉偉帶著機(jī)器人技術(shù)加入，讓“化學(xué)大腦”終于有了手和腳。一年后，“機(jī)器化學(xué)家”“小來”正式誕生，它集成了2臺(tái)移動(dòng)機(jī)器人、19個(gè)智能化學(xué)工作站和高通量計(jì)算系統(tǒng)，日均能完成2000次精準(zhǔn)操作，抵得上五六名科研人員的工作量。“它的機(jī)械臂連0.1毫米厚的碳紙都能穩(wěn)穩(wěn)抓起，比人手還穩(wěn)。”江俊說。

“機(jī)器化學(xué)家”實(shí)驗(yàn)室全景。（受訪單位提供）

在火星制氧催化劑研究中，“小來”展現(xiàn)了驚人能力。面對376萬種配方組合，僅靠人類科研團(tuán)隊(duì)一一實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證需2000年，而“小來”通過分析5萬篇論文、融合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算數(shù)據(jù)，僅6周便找到最優(yōu)解，為利用火星上的水制備氧氣提供了高效率、低能耗的解決方案，探索出一條在地球外星系就地取材研制化學(xué)品的新路，國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然·合成》發(fā)表了這一研究成果。

二、從“小來”到“小臨”

“機(jī)器化學(xué)家”還在迭代升級，去年，實(shí)驗(yàn)室里多了個(gè)新成員——“小臨”。作為第二代“機(jī)器化學(xué)家”，它比“小來”多了一條機(jī)械臂，實(shí)驗(yàn)效率更高，更為關(guān)鍵的是它接入了多個(gè)生成式大模型，腦袋更加“靈活”，不僅能自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，還能對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行智能優(yōu)化。

4月26日，觀眾在第三屆中國（安徽）科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化交易會(huì)上參觀“機(jī)器化學(xué)家”“小臨”。新華社記者周牧 攝

“如果說‘小來’是勤奮的實(shí)驗(yàn)員，那‘小臨’更像一位合格的‘化學(xué)家’了。”江俊說。

“小臨”上崗的第一次大戰(zhàn)，就是幫方天成博士團(tuán)隊(duì)研發(fā)一種吸能材料，有望解決新能源汽車電池過熱爆燃等問題。按傳統(tǒng)方法，光是篩選材料配方需要十年，但“小臨”通過分析海量數(shù)據(jù)，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，僅用7個(gè)月就找到了最優(yōu)解。

更令人驚喜的是，“小臨”還能主動(dòng)從失敗中學(xué)習(xí)。一次實(shí)驗(yàn)中，它嘗試了上百種配方均未成功，卻通過分析數(shù)據(jù)鎖定了關(guān)鍵變量，最終逆風(fēng)翻盤。“人類可能會(huì)因重復(fù)試錯(cuò)而沮喪，但機(jī)器永遠(yuǎn)保持‘好奇心’。”團(tuán)隊(duì)成員趙路遠(yuǎn)說。

三、“小來”和“小臨”的未來計(jì)劃

如今的實(shí)驗(yàn)室里，“小來”和“小臨”已成為科研“黃金搭檔”。它們不知疲倦的身影背后，藏著更大的藍(lán)圖。團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在未來幾年建造一座“機(jī)器化學(xué)家大樓”，容納上百臺(tái)機(jī)器人、上千個(gè)智能工作站。到那時(shí)，日均實(shí)驗(yàn)量可達(dá)百萬次，新材料研發(fā)效率將呈指數(shù)級提升。

“我們還要給機(jī)器人裝上‘眼睛’和‘鼻子’。”江俊透露，新一代“機(jī)器化學(xué)家”將配備紅外和拉曼探頭，能“看見”材料分子結(jié)構(gòu)的變化，甚至“聞”出化學(xué)品的細(xì)微差異。它們還能通過云端共享數(shù)據(jù)，像“科研朋友”一樣互相學(xué)習(xí)。“未來科學(xué)家坐在咖啡廳里，就能遠(yuǎn)程指揮機(jī)器人完成復(fù)雜實(shí)驗(yàn)。”

這個(gè)勞動(dòng)節(jié)，“機(jī)器化學(xué)家”依然在實(shí)驗(yàn)室忙碌。它們沒有假期，卻讓人類科學(xué)家得以從重復(fù)性工作中解放，投身更富創(chuàng)造性的思考。正如它們的名字——小“來”和小“臨”，有了它們，未來正在加速來臨。