在中国科学技术大学的机器化学家实验室，可以看见颇具科技感的一幕——一个体型“敦实”但动作灵活的机器人，在操作台之间穿梭，伸出机械手臂配制试剂。实验室另一边，年轻科研人员正输入指令，对机器人进行“隔空”控制。大部分情况下，这台机器人会自主思考实验的步骤和方案，像个不知疲惫的“小化学家”。
这个神奇的“机器化学家”是中国科学技术大学化学物理系教授江俊团队的“作品”，由开发和集成移动机器人、智能化学工作站、智能操作系统、科学数据与模型库研制而成，是全球首个集阅读文献、自主设计实验、覆盖材料开发全流程的机器化学家平台，从数以亿计的可能组合中找到最优解来加快材料研发。
“实验数据经处理后，输入到平台独有的计算大脑中，产生理实交融的人工智能模型，帮助科研人员优化实验方案。”江俊说。
该研究成果论文已在《国家科学评论》学术期刊发表。国际审稿人评价说，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”。业内专家认为，机器化学家的研究工作脱离了传统试错研究范式的限制，展现出“最强化学大脑”指导的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、操作指令化、创制模板化的未来趋势前进。
江俊团队有近30位成员，其中多数是90后、95后。
近日，该团队运用我们前面提到的这个“机器化学家”，采用火星陨石成功研制出新型催化剂，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。11月14日，国际知名学术期刊《自然·合成》发表了这一研究成果。
该研究成果有什么用？意味着什么？
到火星上栖居是人类的梦想之一，但实现这个梦想首先要解决的便是缺氧问题。
火星大气中的含氧量极低，无法满足人类生存。如何能在火星上制备出氧气？近年来，国际科学界发现火星上存在大量的水，那么在火星上利用太阳能发电，再用电从水中解析出氧气，成为可行的技术方案之一。
但是，“电解水”还需要使用催化剂，来解决制氧速度慢、能耗高等问题，而从地球运送的成本非常高昂。因此，能否在火星上就地取材研制催化剂，成为一个关键技术问题。此外，低温、低气压、高辐射的火星环境，对人类登陆后“就地研发”很不利。
针对这些问题，中科大和深空探测实验室科研人员合作，利用自“机器化学家”，从火星陨石中分析并提取成分，研制出一种新型制氧催化剂。
11月10日，中科大科研团队与工作中的“机器化学家”
中科大合肥微尺度物质科学国家研究中心主任罗毅说，这项研究成功验证了人工智能可以自动研制新材料，有望为人类在远离地球的星球上制备氧气、建造基地、生产食物等作出贡献，并利用火星资源研制出更多化学品，帮助我们进一步探索太阳系深处。
据悉，中科大研制的“机器化学家”名叫“小来”，它不仅“会学”还“会想”“会做”。这次研制催化剂，根据火星陨石的多种化学成分，一共有376万多种可能的组合配方，如果靠人类科研团队一一实验验证需要两千多年。
“机器化学家”研制催化剂全流程示意图。（中科大供图）
“‘小来’学习了5万多篇相关的化学论文，用‘智能大脑’思考并设计出一个基础配方，然后做实验并根据结果不断调整配比，用6周时间找到最佳配方。”江俊说，机器人自主发现并研制化学品，为人类探索星空提供了一条新路。
“机器化学家”是否会对主攻化学的科研人员造成冲击？
“研究初期有人质疑我说，人家是做颠覆性技术，你是颠覆同事。其实不是这样的。”江俊说，一个好的工具会带来很多可能性，科研人员会借此发现更多理论。他举例说，目前50%的化工能耗用在了分离提纯产物上，如果能精准控制、智能设计，不再产生副产物和污染，“绿色化学”才能真正实现。所以，好的工具会让科研人员“越来越忙”。
江俊认为，今后的化学人才要有扎实的基础，将专业知识学精，另外要有开放的心态，敢于学习新的知识。
谈及未来计划，江俊说，科研团队将赋予“小来”五官外形，让它看起来像真正的化学家一样，可以闻到化学品的气味，看到化学品的颜色，感知温度、湿度和压力。
他们计划为机器人安装红外探头和拉曼探头，使其既有红外视觉又有可见光视觉。“人类肉眼只能看到大致宏观的现象，通过光谱，机器人可以把微观信息理解清楚，预测很多金属材料的催化活性。”
目前，第一代操作系统支持机器人同时做三个实验，对设备进行分时复用。未来的第二代系统可以容纳百个任务同时进行。他描述了未来“机器化学家”集中做实验的场景：在高新区的大型实验室中，有的机器人在地上跑，有的在空中漂浮，还有的在操作台前忙碌。
在更远的未来，上百个机器人日均可以完成百万级操作，上千个化学工作站可以覆盖所有化学功能。基于这个大平台，各个课题组的实验数据交汇、共享，可以产生海量数据，实现自动提炼出数字化的知识图谱和人工智能模型，进而指导机器人自动优化，产生更好性能、更高效率的化学品或新材料。
“届时，我们可以坐在咖啡厅，对着屏幕指挥机器人帮我们完成化学研究。”他表示，团队的终极目标是：未来有一天产生具备创造力的“机器化学家”，建立起数据与智能驱动的化学研究新范式。
资料来源 | 科学大院-江边、央视新闻、中国青年网、新京报、人民日报、中国科学报
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