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一個自動化實驗室聯盟發現了一種能以創紀錄效率發射藍色激光的化合物。圖片來源：JASON HEIN

本報訊 誰還需要科學家呢！一個由6個自動化實驗室組成的全球聯盟，正在嘗試尋找新的激光材料。而這些材料從合成到測試，都是在人工智能（AI）的監管下完成的。

5月16日，研究人員在《科學》上發表文章，報道了由上述工作合成的一種能以創紀錄效率發射激光的化合物。它連同該聯盟近期的其他成果表明，在某些領域，自動化實驗室能超越最優秀的科學家，找到被人類錯過的發現。

未參與該研究的美國北卡羅來納州立大學化學工程師Milad Abolhasani也開發了一個自動化實驗室。在他看來，后者已經跨越了概念驗證演示階段，“它們已經開始將科學邊界推向一個新的高度”。

通常情況下，創造新分子和新材料的過程緩慢而乏味。研究人員不僅要探索制造分子的無數“配方”，還要摸清不同反應條件。他們必須在每一個步驟中測試新化合物，并評估擴大生產和將材料組裝成設備的方案。

過去10年間，實驗室已經利用機器人使許多重復的步驟自動化。例如，2015年，美國伊利諾伊大學香檳分校的化學家Martin Burke推出了一種合成小分子的自動化系統。后來，通過引入AI，研究人員添加了反饋回路，使新化合物的表征數據可以指導下一步的合成。而發現新材料并將其組裝成設備則需要機器人在更多步驟中實現協同工作，但很難在一個實驗室內擁有所有的工具，完成所有的步驟。

在新的研究中，Burke和加拿大多倫多大學理論化學家Alán Aspuru-Guzik決定，將不同實驗室的不同功能結合起來。“我們想建立一個由多個自動化實驗室組成的自動化實驗室。”Aspuru-Guzik說。

于是，Burke和Aspuru-Guzik與韓國基礎科學研究所、英國格拉斯哥大學、加拿大不列顛哥倫比亞大學以及日本九州大學的實驗室合作，專注于一個特定的目標：發現可以發射高純度激光的有機化合物。這種材料可以制成薄而柔軟的發光薄膜，為先進的顯示器和電信設備供能。

在研究過程中，格拉斯哥大學和不列顛哥倫比亞大學的實驗室制作了許多方糖大小的材料結構塊，被送到Burke和Aspuru-Guzik的研究小組，并在那里被機器人以不同的組合方式編織成候選發射器。之后，所有這些候選發射器都被送往多倫多，在那里，其他機器人表征了其在溶液中的發光特性。對于表現最好的候選發射器，不列顛哥倫比亞大學的實驗室確定了合成和純化制造設備所需的大量物質。隨后，這些材料以幾克為單位被分批運往九州大學實驗室，在那里被整合到工作激光器中進行性能測試。

上述整個操作流程都由一個基于云的AI平臺監督。該平臺從每次實驗中學習，并將反饋數據納入后續迭代中。由于要及時將化合物運往世界各地的實驗室，因此這一過程的瓶頸主要在物流運輸上。

最終，合作取得了回報。該研究產生了621種新化合物，其中21種可以與最先進的激光發射器相媲美，還有一種甚至比其他任何有機材料能更有效地發射藍色激光。

美國斯克利普斯研究所化學工程師Donna Blackmond說，新化合物發現的速度“非常快”，Burke等人的方法能比平時更快地找到優秀候選發射器。（徐銳）