Químico Artificial 2.0

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Químico artificial 2.0
A IA e a robótica atendem aos fluidos para acelerar o desenvolvimento de materiais, permitindo que os
pesquisadores criem pontos quânticos em menos de uma hora.
Crédito da imagem: Milad Abolhasani, NC State University
Um grupo de pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte e da Universidade de
Buffalo desenvolveu um sintetizador de material robótico inteligente para acelerar o desenvolvimento e a
fabricação de nanomateriais semicondutores para aplicações em dispositivos fotônicos de próxima
geração. Esta é a segunda geração da tecnologia de Químico Artificial, ou seja, um robô-químico fluido
operado com um agente de tomada de decisão guiado por inteligência artificial (IA).
O Químico Artificial 2.0 inicia seu fluxo de trabalho por auto-aprendizagem da química sintética de vários
estágios dos nanomateriais, de forma rápida e eficiente. Seu “cérebro” seleciona um conjunto de
experimentos de aprendizagem a serem conduzidos de forma autônoma pelo robô fluídico, cujos
resultados são usados para construir seu conhecimento de química de materiais. O cérebro da IA, em
seguida, identifica a melhor formulação do nanomaterial de semicondutores alvo com as propriedades
desejadas, realizando isso mais de 1.000 vezes mais rápido do que as técnicas atuais de
desenvolvimento de materiais manuais.
O robô-químico inteligente desenvolvido, com seus reatores fluídicos plug-and-play, fornece uma
plataforma de síntese de materiais precisa e controlável que usa significativamente menos reagentes do
que as estratégias baseadas em balão, e a IA integrada fornece os meios para explorar eficientemente o
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202001626
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espaço de síntese de materiais de vários estágios sem qualquer intervenção do usuário. O Químico
Artificial 2.0 oferece experimentação contínua e multi-estágio, bem como desenvolvimento de materiais
totalmente auto-orientados, otimização de formulação e produção.
Os pontos quânticos de perovskita de halogeneto de chumbo, com suas propriedades ópticas e
optoeletrônicas únicas e altamente sintonizáveis, são uma classe emergente de materiais
semicondutores para aplicações em dispositivos de próxima geração, como células solares e displays
LED, bem como processos fotocatalíticos. Semelhante a outros pontos quânticos, as propriedades
ópticas e optoeletrônicas das perovskitas de halogeneto de chumbo são fortemente dependentes de sua
síntese.
No estudo atual – recentemente publicado na revista Advanced Intelligent Systems – os pontos
quânticos de perovskita de halogeneto de chumbo foram selecionados como o banco de testes para
demonstrar as capacidades do robô devido à sua química sintética complexa e em vários estágios e ao
grande número de parâmetros de entrada envolvidos em sua síntese. Como resultado de sua
complexidade, é improvável que as técnicas tradicionais de exploração de materiais à base de frascos
de balão capturem totalmente suas capacidades completas em breve.
https://youtu.be/TViYHhuHHLY
O robo-químico autônomo adaptou uma síntese de dois estágios de pontos quânticos de perovskita de
halogeneto de chumbo através de uma síntese inicial de nanomateriais emissores de verde seguidos por
uma reação sequencial para produzir pontos quânticos com cores de emissão que variam de azul a
vermelho. Os reatores fluídicos robóticos foram projetados e projetados de forma a permitir a adição
confiável e contínua de ingredientes de síntese de pontos quânticos em qualquer ponto durante a rota
sintética de vários estágios. O robo-químico guiado por IA foi então utilizado para encontrar a formulação
de 8 parâmetros de pontos quânticos de perovskita de halogeneto de chumbo para qualquer cor de
emissão desejada com polidispersão de tamanho mínimo e exigiu apenas 40 min por material. A mesma
tarefa de descoberta de formulação poderia levar um químico altamente treinado até 5 meses usando
técnicas manuais atuais de tentativa e erção.
https://youtu.be/TViYHhuHHLY
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Através deste trabalho, o Artificial Chemist 2.0 fornece uma plataforma tudo-em-um capaz de
aprendizagem autoguiada, otimização e fabricação sob demanda de nanomateriais coloidais emergentes
com produtos químicos multiestágios. A tecnologia fluídica inteligente desenvolvida pode ser
prontamente adaptada para o desenvolvimento de formulação e fabricação de materiais além de apenas
perovskitas de halogeneto de chumbo.
O desenvolvimento e a adoção de estratégias de experimentação fluídica robótica autônoma não apenas
acelerarão a descoberta de novos materiais de alto desempenho, mas também melhorarão o escopo do
desenvolvimento de materiais através da exploração de espaços de reação inconcebivelmente grandes.
Referência: Abdel-Latif, K, et al., Síntese de pontos quânticos auto-dirigidos habilitados pela
Experimentação Robótica Autônoma em Fluxo, Sistemas Inteligentes Avançados (2020). DOI:
10.1002/aisy.202000245
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520303829
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aisy.202000245