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美國北卡羅來納州立大學(xué)科學(xué)家研制出一個由人工智能（AI）驅(qū)動的自主實(shí)驗(yàn)室——PoLARIS。這是一種用于自主反應(yīng)推理與合成的鈣鈦礦實(shí)驗(yàn)室，在短短12小時內(nèi)，它能從數(shù)十億種潛在的材料合成配方中，鑒定出一種明亮、無鉛的發(fā)光納米材料。這項(xiàng)成果將加速更安全的發(fā)光納米薄片開發(fā)，并可廣泛應(yīng)用于光電探測器乃至太陽能燃料生產(chǎn)等領(lǐng)域。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《自然·通訊》雜志。

納米薄片是厚度僅為十億分之一米的片狀晶體。PoLARIS最新發(fā)現(xiàn)的這類納米薄片，屬于無鉛“雙鈣鈦礦”家族。這類材料的原子“配方”可靈活調(diào)整，從而調(diào)控它們吸收與發(fā)射光的方式。

光學(xué)納米材料合成過程難度極高。要合成具備理想光學(xué)特性的發(fā)光納米薄片，需探遍成分、配比、溫度與反應(yīng)環(huán)境幾大變量的無數(shù)組合。傳統(tǒng)試錯方法步履緩慢，還極易錯失反應(yīng)參數(shù)間重要的互動關(guān)聯(lián)。PoLARIS不僅能快速合成更安全的光學(xué)納米薄片，還能自主分析其光學(xué)特性，并據(jù)此為下一輪實(shí)驗(yàn)調(diào)整變量。

團(tuán)隊(duì)先選定前體材料并鎖定目標(biāo)——無鉛、無重金屬的雙鈣鈦礦納米片，且具備最強(qiáng)的光致發(fā)光亮度。隨后，PoLARIS循著不同“配方”執(zhí)行一系列實(shí)驗(yàn)，不斷改變前體用量、溫度、反應(yīng)時間等變量。每個配方生成一滴微小的流動液滴，充當(dāng)微型反應(yīng)容器，之后即刻自動分析。分析結(jié)果反饋給AI，AI再據(jù)此調(diào)整下一輪納米片實(shí)驗(yàn)合成配方。

在一輪12小時的實(shí)驗(yàn)中，PoLARIS完成了120次實(shí)驗(yàn)，持續(xù)提升材料亮度，最終鎖定了同類產(chǎn)品中最安全的光學(xué)納米薄片。它不僅找到了更優(yōu)配方，更幫助科學(xué)家理解了這一配方何以奏效。這正是加速發(fā)現(xiàn)下一代材料所需的“人—AI—機(jī)器人”協(xié)作新范式。

PoLARIS也具備出色的可擴(kuò)展性。它既能發(fā)現(xiàn)同類最優(yōu)的雙鈣鈦礦納米薄片，也能切換模式連續(xù)制造已優(yōu)化的目標(biāo)材料。

團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)，未來能源、電子與可持續(xù)發(fā)展技術(shù)所需的許多材料都過于復(fù)雜，單憑人類直覺難以優(yōu)化。像PoLARIS這樣的自動實(shí)驗(yàn)室，有望為探索未知之境，提供一種更快、更高效且能帶來更深刻科學(xué)洞見的方式。