“AI+機器人”為合成化學研發(fā)注能
文章來源：中國化工報 更新時間：2025-07-16 13:57:27
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如何從不斷“試錯”和手工“搖瓶子”中突圍？
當下，合成化學領域正經歷一場深刻的范式轉型，其研發(fā)核心動力加速從傳統(tǒng)的“經驗驅動”向“數據驅動”和“智能驅動”躍遷。引領這一變革的核心引擎，正是“機器人融合人工智能（AI）”，即智能自動化實驗平臺與AI技術的深度耦合。
日前，由深圳晶泰科技有限公司（以下簡稱晶泰科技）主辦的“合成化學研究新范式—機器人融合AI研討會”在上海舉辦，業(yè)內專家探討了如何利用這兩股強大的技術浪潮，為合成化學學科注入新活力。
新范式注能研發(fā)效率 以自動化程序替代傳統(tǒng)試錯
近年來，隨著經濟社會的快速發(fā)展，合成化學不斷“試錯”和手工“搖瓶子”的傳統(tǒng)研發(fā)范式，已無法滿足社會對新材料開發(fā)的需求。因此，讓不知疲倦的自動化設備根據設定好的程序代替人去做實驗，讓重復性的化學實驗變得精確、高效，正在成為科研人員的新追求。
有“AI+機器人”參與的合成化學新范式，能有多強？中國工程院院士、中國石化上海石油化工研究院院長楊為民舉例說，在石油化工領域一種新催化劑的開發(fā)常常需“十年磨一劍”。而高通量技術平臺的引入改變了傳統(tǒng)研發(fā)范式，研究人員只需通過高通量計算系統(tǒng)性地設計上千種不同的催化劑配方，再讓自動化平臺快速篩選，就能快速找到傳統(tǒng)方法需要花費大量人力才能得到的規(guī)律，獲得性能更優(yōu)的材料。通過這樣的工作模式，他們成功開發(fā)出一種納米片狀分子篩，解決了利用煉廠廢氣生產高價值化學品的難題，并已在全國多套工業(yè)裝置上應用。
而深度學習技術的發(fā)展，更讓合成化學研發(fā)效率上了一個新臺階——陶氏化學應用微軟AzureAI等定制機器學習技術，將傳統(tǒng)聚氨酯材料研發(fā)4~6個月的工作量在30秒內完成，效率提升20萬倍。用機器人等自動化技術來高效做實驗，部分解放化學家的雙手，已成為很多人眼中合成化學的未來愿景。
新技術注能研發(fā)操作 打造智能自主實驗平臺
當前，基于AI模型來推進實驗預測和設計，以機器人自動化技術提升實驗效能，已大大改變了合成化學研發(fā)的具體操作。
“我們原來做化學實驗，平均每個學生一天做一個。使用晶泰的智能合成工作站后，一次能做48個實驗，效率提升很快。”中國科學院院士、復旦大學教授麻生明對其研究團隊與晶泰科技合作開發(fā)的末端炔烴烯丙基化（ATA）反應研究的自動化合成平臺贊賞有加。
據晶泰科技聯(lián)合創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官馬健介紹，該平臺以領域專有AI模型為核心，專職負責實驗流程設計、反應預測等前期部署和過程推進；以自動化技術驅動機器人工作站為“雙手”，實現高精度、高通量、更安全的化學操作。在此過程中，通過機器人收集的數據反哺AI模型，形成預測更準、設計更優(yōu)的良性循環(huán)。目前，該平臺已積累超過兩百萬條結構化化學反應數據，預測能力涵蓋大多數常見合成反應類型與合成化學研究場景。
深度原理創(chuàng)始人、CTO段辰儒指出，生成式AI為探索龐大化學空間提供了新范式。其中，擴散模型能高效生成化學反應過渡態(tài)、發(fā)現新反應，突破人類經驗邊界。他認為，未來需結合可合成性探索、科學計算與自動化實驗，推動AI更深層次助力新材料發(fā)現。
新思辨注能研發(fā)模式 培訓合成化學AI研發(fā)助手
去年7月，全球首個AI化學機器人登上《自然》雜志封面。據介紹，它僅用8天就自主完成688個實驗，并從中發(fā)現了比初始配方活性高6倍的光催化劑。AI是否已經可以做到取代化學家來設計實驗？
與會專家表示：還不行。在化學領域，目前AI更多是高效的“幫手”，而非替代者。
清華大學教授羅三中指出，AI應用于合成化學面臨數據缺乏、反應復雜性高等挑戰(zhàn)，國內尚未形成自主合成化學數據庫。AI可輔助新反應發(fā)現與優(yōu)化，但需以問題為驅動，結合有限自動化與人類認知實現智能分子創(chuàng)制。
浙江大學化學系研究員洪鑫提供了一條應對挑戰(zhàn)的可行路徑。他所在的研發(fā)團隊設計了一種“層級學習”框架，讓AI能夠逐步逼近目標的構效空間。例如，在開發(fā)一種新型的鎳催化劑時，他們首先利用了大量類似機制的鈀催化劑文獻訓練基礎模型。然后，再用少量鎳催化劑數據對模型進行微調和校正。通過這種方式，他們成功地預測并合成出一種高效、高選擇性的新催化劑配體，展示了AI在“小數據”場景下實現創(chuàng)新發(fā)現的潛力。
除了使用“知識遷移”的方式訓練更準確的知識模型，使用AI讓自動化變得更加“聰明”也是未來提升合成化學效率的一條路徑。馬健表示，晶泰科技正在與業(yè)內專家展開深度合作，目標是建設能夠分析實驗結果，并自主設計和優(yōu)化、啟動下一次實驗，形成“設計—執(zhí)行—學習”快速迭代閉環(huán)的“自動駕駛實驗室”。
“化學發(fā)現很多時候是基于偶然‘靈光一現’，而通過已有知識訓練出來的機器的解讀常常泯滅這種偶然性的發(fā)現。因此，最終的科學洞察仍需人腦來完成。但我非常期待‘AI+機器人’能給合成化學帶來新的發(fā)展可能。”麻生明說。
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