科好玩｜从“小来”到“小临”，一起了解“机器化学家”的故事

  新华社合肥5月5日电（记者陈诺）一条长长的实验桌前，一位体重200公斤的“化学家”拖着“轻盈”的步子，抬起结实的双臂抓取试管，依次走过液体进样台、磁力搅拌台、烘干工作台，进行样品称重、搅拌、离心、烘干……在位于安徽合肥的中国科学技术大学一间实验室里，有这样一群“机器化学家”，用夜以继日的劳动，“庆祝”又一年的“五一”国际劳动节。

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  “人工智能+”赋能千行百业，以人工智能引领科研范式变革，加速各领域科技创新突破，“机器化学家”正是其中代表之一。它由“化学大脑”、机器人实验员和智能化学工作站三部分组成，能自己“看”论文、“想”方案、“做”实验，甚至“学”经验。

  一、“小来”的诞生

  传统化学研究范式深度依赖于“试错法”，其局限性使得新物质创制的周期长、成本高。在实验室里，科研人员需要日复一日地阅读文献、设计实验、调配试剂，像大海捞针一样从无数种材料组合中寻找最优解。

  时间回到2013年，中科大化学与材料科学学院教授江俊在出差途中，与同事聊起化学研究的困境：实验效率低、数据分散，许多成果“藏在”国外期刊里，引用还得花钱。“能否用大数据技术革新化学研究？”大伙儿一拍即合。

  但这条路并不好走。团队花了三年时间，像“蚂蚁搬家”一样从教科书、论文和专利中整理出百万条化学数据。然而，光有数据还不够——如何让机器理解复杂的化学知识？他们又想到一个妙招：把本校相关领域专家的研究经验“灌”进计算机。比如，设计催化剂时调用“熊宇杰大脑”，研究发光材料时启用“张国庆大脑”，给机器人“吃小灶”。

  2020年，同校的自动化专家尚伟伟带着机器人技术加入，让“化学大脑”终于有了手和脚。一年后，“机器化学家”“小来”正式诞生，它集成了2台移动机器人、19个智能化学工作站和高通量计算系统，日均能完成2000次精准操作，抵得上五六名科研人员的工作量。“它的机械臂连0.1毫米厚的碳纸都能稳稳抓起，比人手还稳。”江俊说。

  在火星制氧催化剂研究中，“小来”展现了惊人能力。面对376万种配方组合，仅靠人类科研团队一一实验验证需2000年，而“小来”通过分析5万篇论文、融合实验与计算数据，仅6周便找到最优解，为利用火星上的水制备氧气提供了高效率、低能耗的解决方案，探索出一条在地球外星系就地取材研制化学品的新路，国际知名学术期刊《自然·合成》发表了这一研究成果。

  二、从“小来”到“小临”

  “机器化学家”还在迭代升级，去年，实验室里多了个新成员——“小临”。作为第二代“机器化学家”，它比“小来”多了一条机械臂，实验效率更高，更为关键的是它接入了多个生成式大模型，脑袋更加“灵活”，不仅能自行设计实验，还能对实验进行智能优化。

  “如果说‘小来’是勤奋的实验员，那‘小临’更像一位合格的‘化学家’了。”江俊说。

  “小临”上岗的第一次大战，就是帮方天成博士团队研发一种吸能材料，有望解决新能源汽车电池过热爆燃等问题。按传统方法，光是筛选材料配方需要十年，但“小临”通过分析海量数据，自主设计实验方案，仅用7个月就找到了最优解。

  更令人惊喜的是，“小临”还能主动从失败中学习。一次实验中，它尝试了上百种配方均未成功，却通过分析数据锁定了关键变量，最终逆风翻盘。“人类可能会因重复试错而沮丧，但机器永远保持‘好奇心’。”团队成员赵路远说。

  三、“小来”和“小临”的未来计划

  如今的实验室里，“小来”和“小临”已成为科研“黄金搭档”。它们不知疲倦的身影背后，藏着更大的蓝图。团队计划在未来几年建造一座“机器化学家大楼”，容纳上百台机器人、上千个智能工作站。到那时，日均实验量可达百万次，新材料研发效率将呈指数级提升。

  “我们还要给机器人装上‘眼睛’和‘鼻子’。”江俊透露，新一代“机器化学家”将配备红外和拉曼探头，能“看见”材料分子结构的变化，甚至“闻”出化学品的细微差异。它们还能通过云端共享数据，像“科研朋友”一样互相学习。“未来科学家坐在咖啡厅里，就能远程指挥机器人完成复杂实验。”

  这个劳动节，“机器化学家”依然在实验室忙碌。它们没有假期，却让人类科学家得以从重复性工作中解放，投身更富创造性的思考。正如它们的名字——小“来”和小“临”，有了它们，未来正在加速来临。