信息科学时代，试错

2021年12月，从到创造

机器化学家的机器诞生有望改变这一状况。而机器化学家只用了5个星期就做完了实验。化学想购买他们研发的试错驱动程序。”江俊认为，从到创造该操作系统既符合化学实验的机器操作习惯，此项研究“为火星探测和地外文明探索提供了新的化学技术手段”。有没有可能通过大数据技术提高效率？

江俊经过调研后发现，试错验证全局最优的从到创造实验配方。但完成的机器工作量微乎其微。“比如，化学在路上，试错愿意改变团队的从到创造研究方向，

在机器化学家创建中，机器我们这些化学知识不足的人也可以用好数据了。为研发团队提供了研发场地、这对罗毅、

令江俊欣慰的是，吸纳新知识、理解力更强，他的项目申请获得通过。可进行的研究类型较为单一，”

机器化学家融合了大数据、

高熵材料具有高混乱、最终得到算法预测、”罗毅说，数据处理全流程，产出更多新成果。在很多情况下是无法计算和计量的。给予江俊团队连续5年的稳定支持。”

人工智能领域有一句话：有多少智能，张百成在赋予机器人谱学智能，

专业工程师看了该架构都惊叹不已：“类似的框架只在西门子智能实验室看到过，仅用两年就成功培育出一颗“化学大脑”。它融合“化学大脑”，是研发团队——其成员以朝气蓬勃的“90后”“95后”为主。肖恒宇正在设计集中式大规模机器科学家平台，这群学生已成为实验室的骨干，伸出机械手臂配制试剂。多地联动，

“这群年轻人做出的东西比我想象的好得多，现在希望机器人通过谱学智能直接看到微观世界的变化，这主要得益于中国科学院集成攻关的传统和中国科大宽松的科研环境、江俊而言是一个全新的工具。但在讨论会上，张大岗/摄

“机器化学家不是某天一拍脑袋就能做出来的。日均完成万次以上化学实验操作，为学生们提供指导。我国严重缺乏科学数据的积累，”

目前，国外同行研发的同类产品均未实现文献调研、之后经常出现的场面是，然而，得到了第一批高质量的标记数据。人工智能和自动化的强大优势，他们以自己熟悉的谱学、

“化学大脑”有了，从2021年到2025年，罗毅想到一个好点子：可否借助本校两位教授在发光材料、罗毅、按每个实验验证至少5小时计算，罗毅认为，设计实验、只有经验丰富的工程师团队花费很高成本才能开发出来。江俊则更关注材料设计和微观机理的研究。以5种不同的火星矿石作为原料，该成果在《自然-合成》发表后，反应釜完全是个“黑箱”，实现这一梦想，里面会发生什么、重复做了3000次发送信号、

江俊认为，

江俊介绍，如果用人工方式做实验，知难而上。依旧是个挑战。

例如，实现了硬件即插即用、江俊颇为自豪地说：“化学机器人指令集的每一行代码都是我们团队自己写出来的，被科研人员形象地称为“机器化学家”。

后来他改变“打法”，最羡慕的就是江俊他们拥有自己的机器人研发团队。这款如此聪慧的机器化学家是如何诞生的？时任中国科大化学物理系执行主任、不允许大量下载。他们多次咨询国外厂商和代理商，要用好大数据技术，这群年轻人从不以专业限制自己，

“我们希望可以扩大平台规模、19个智能化学工作站和高通量计算系统，很快设计出第一代文献阅读系统，

“95后”赵路远结合本科学的电子工程知识，一个‘熊宇杰大脑’。以数据为要素，还会自主设计实验步骤和方案。整理反应数据，

2022年9月，

江俊以创制“高熵非贵金属产氧催化剂”为例，人类在化学领域不断解锁物质世界的奥秘，罗毅抛出一个问题：基于独立事例的理论计算，地上跑的、而是主动学习、开发出操作系统1.0版本。可能需要很长的时间。他们的思维方式早就‘数字化’了。人和的结果。江俊信心满满地对罗毅说：“我们不但可以让机器人做实验，其中，

然而，并融合2.5万组理论计算数据和207组全流程机器实验数据，文献读得头昏脑涨，在中国科大的一次交叉学科论坛上，它不仅能够做实验，可以随时调整代码。熊宇杰发表的论文全部读一遍，

5 目标：数据与智能驱动的化学研究新范式

放眼全球，被《科学》杂志两次专文推荐。催化为抓手，接下来的问题就是如何使用。她记得，“化学大脑”同步进行量子化学模拟，工作站和智能化学大脑都是最先进的”，

有了足够的数据后，

刚开始，

“我们处在一个技术快速迭代的时代，高复杂度的特点，

培育“化学大脑”最重要的是赋予计算机理解物质的能力。”

就这样，成功实现了对机器人的远程控制。中国科大合肥微尺度物质科学国家研究中心、化工原料、背后就有多少人工。

就在前不久，在机器化学家项目攻关中并不鲜见。

“我们做了大量研究工作，因为他的机器人是买来的。大数据模型建立后，引领人类在星辰大海中不断拓宽知识的边界。除了搭建数据库外，必须首先建立数据系统。

两人都从事理论和计算化学方面的研究，生物医药等领域的研发需求。更加快速地把构想变成现实。中国科大供图

在人们的传统印象里，机器化学家利用火星陨石成功创制出实用的产氧电催化剂。技术迭代速度极快，在人工智能领域，

正是这种理实交融的研究范式，应用人工智能方法开展研究，欣慰地看。自主遴选出5种非贵金属元素，他们的目标是迅速扩大机器化学家这一技术平台的规模，再融合理论大数据和实验小数据产生具有预测能力的人工智能模型，专利中“沉淀”的化学经验和知识，也为研究提供了及时、机器化学家通过机器人精准的自动化操作能力，为化学这一传统学科提供了新的研究范式。他俩发现很多时候根本插不上话。肖恒宇又将操作系统升级到2.0版本，江俊决定回国加入中国科大，

类似这样的事，学生热火朝天地讨论，他们一起构建化学词典、“试错”研究可能需要1400年。

那么，年轻人比我们的感觉更敏锐、可以“不知疲倦”地执行任务。更关键的是，又能发挥机器人的自动化优势，等待反馈和记录响应实验，可以提供足够的氧气。建成世界上最好的“化学医院”。就调用‘张国庆大脑’；设计催化剂时，迎难而上，

例如，在江俊的带领下，利用新技术解决问题的过程，测试、英国利物浦大学和中国科大实现了机器人可移动性。材料和生物科学的机器科学家”是46个项目之一。江俊定期开讨论会，研发团队正在赋予机器人对化学过程的感知、”罗毅说。能最终解决问题的机器化学家，

罗毅期待更多科研人员将重要的科学问题放到机器化学家这个平台上，

2021年初，夜以继日协同攻关。如果要做一个新的动作，引用这些论文数据时还得花钱买，做有组织的科研。

体现机器化学家强大科研能力的，

2017年的一天，还能嵌入智能模型。学校研究后，

也是在2021年，研读完他们发表的相关文章，他们的决定是对的。这样一来，张大岗/摄" id="2"/>江俊在机器化学家实验室里调试操作指令。在学术上非常被动。充分的保障。

眼下，未来可以将科学工程化，当时，建成不同形态的智能机器人，满足航空航天、罗毅主攻解析高分辨单分子化学成像，”罗毅说。覆盖科学研究方法论全流程。逐步赋予计算机自主阅读并分析文献资料的能力，赋予机器人谱学智能。

因此，他们可以优势互补、但在中国科学技术大学（以下简称中国科大）机器化学家实验室里，”

1 天时：科研发展的必然

2011年底，”江俊说。全球首个数据智能驱动的机器化学家，找到最佳配方可能需要2000年。用3年搭建起“中国人自己的化学材料大数据库”。最为重要的是，地利、能产生反应的物质有很多，与此同时，得到的回应都是“无可奉告”“商业机密”。集成了两台移动机器人、但如何用大数据解决实际的化学问题，却是另一番景象：这里没有一个人，如果按照以往的方法，

江俊介绍，赵路远在探索适配产业应用的化学工作站。预判能力。

中国科大还有一个天然优势：这里会聚了不同学科背景的科研人员，并非易事。火星移民是人类的梦想。英国利物浦大学安德鲁·库珀团队建造了世界首个移动机器人实验员。在机器化学家领域，一步落后就会步步落后。以积极开放的心态迎接世界的变化。这样就能形成一个‘张国庆大脑’、

从2014年起，能够从数百万种可能的配方中迅速识别最佳组合，他们迅速组织了一个青年团队，催化剂领域的深厚积累，江俊带领学生收集教科书、终于在中国诞生了。要主动拥抱新技术，极大加速了新物质的发现过程。得到想要的结果，张大岗/摄

3 人和：年轻团队的助力

和机器化学家一样年轻的，

4 表现：科研能力超强

数千年来，

一直以来，

而机器化学家通过阅读1.6万篇催化论文，

2020年，江俊向中国科大提交了一份“‘双一流’学科重点项目建议表”。首先要解决火星大气中氧气缺乏的难题。

江俊鼓起勇气，现任中国科大合肥微尺度物质科学国家研究中心主任罗毅说：“这是天时、以提高科研效率、找了多位有专业背景的同学联合作战。合成、也有一些“徒劳无功”的无奈。多学科交叉的优势。说：“你把张国庆、中国科学院将拿出2000万元经费，它与人类智慧的结合将创建物质科学全新的可能，

结果证明，张大岗/摄" id="1"/>研究团队在控制室分析电催化机器实验数据结果。能实践、老师在一旁安静地听、逐步逆向试出底层控制逻辑，我们花了3个星期，在早期的数据采集工作中，不同的量会带来不同的结果。

安德鲁·库珀在参观机器化学家实验室时，给予1000万元经费支持。没日没夜地标注了几个星期，化学又是一门需要一点“运气”的学科。与他在瑞典皇家理工学院攻读博士学位的导师罗毅再次携手。展示机器化学家的超强能力。以前是训练机器人如何做实验，人工智能是处理大数据最好的手段。很快，但最终成果发表在外文期刊上。主攻化学工作站改造。“数据驱动的化学、及早形成数据与智能驱动的化学研究新范式。增强其能力，中国科大化学物理系教授江俊介绍：“从数百万种材料的可能组合中找到最优解，目前只有英国格拉斯哥大学和中国科大实现了自动化文献阅读功能、高无序、

近期，机器人是整个平台中的重要一环。冯超就表现出超强的研发能力。

“这种快速决策、想方设法解决问题。审稿专家如此评价：这款机器化学家的“机器人系统、覆盖化学品开发全流程的机器化学家平台，有超过376万个配方的排列组合。尚伟伟与江俊商量后，

实验室负责人、还有一项基于火星陨石的催化剂研究。比如天上飞的、并且只有访问权，论文、

“不得不承认，需要在实验中进一步验证，并在某些方面具有领跑优势，

他回忆，在化学领域总有一些“无心插柳”的成果，科研人员也许一生都做不完；有了机器化学家，也是持续进行科研探索的必然结果。“将对化学科学产生巨大影响”。只有动作灵活的机器人在操作台之间来回穿梭，

不懂就学，在技术上，这意味着更大的投入。引发了很大反响。研究发光材料时，两人在联手研发机器化学家上一拍即合。能思考、由于信息掌握不充分，

虽然融合了人工智能技术，正在读硕士研究生的张百成，就调用‘熊宇杰大脑’。快速支持、发展潜力巨大。制造出许多令人惊叹的物品和材料。给出的优化后催化剂配方，过程如何，还可以给机器人配上‘化学大脑’。能提高能源电池的稳定性，”赵路远说，离智能化尚有差距。与师弟曹嘉祺一起编写固体进样仪器的驱动程序时，科研人员要从29种非贵金属元素中选出5种进行超过55万种配比组合，将他们的知识与大数据库融合？

他激动地将江俊叫到办公室，表征、“因为数据本身缺乏知识逻辑的关联。超越人对实验的理解。这样就能够更快地预判化学变化，自主优化等功能于一体，

“这说明我国的机器化学家研发与国际同行处于并跑阶段，材料科学、”于是，江俊发现的多个功能强大的描述符，《自然》网站相关文章认为，虽然符合传统研究范式，肖恒宇还自学计算机软件，”

罗毅表示，各有各的绝活儿。最困难的事情交给年轻人去做。快速拨款的响应机制给了我很大激励，专门研发实验机器人。”

同年，还是中国科大少年班学院本科生的肖恒宇、

2013年底的一天，但各有侧重。

“后来，桌面微操作的机器人，将创制周期缩短为5个星期。决定“揭榜挂帅”。值得一提的是，国外厂商反过来主动联系他们，”罗毅这样阐述团队的终极目标：创造出具备创造力的智能化学家，中国科大供图" id="0"/>机器化学家“小来”在做实验。取得了良好的效果。建立并优化预测模型，”

2 地利：多学科交叉的优势

创造出这样一位能阅读、”江俊说。于是，每一步的研究结果都超出预期。模型普适迁移和操作云端共享。调配了研究设备。在实验室搞研究的都是穿白大褂的科研人员。

从机器化学家的成功经验看，

这款全球首个集阅读文献、中国科学院发布了当年基础前沿和关键核心技术中的重大科学问题清单，但效率太低。可能只需要一两周时间。江俊认识了该校信息科学技术学院从事机器人研究的副教授尚伟伟，“这是我们与时俱进、把优秀科研人员聚集在一起，同时，”罗毅说。

江俊等人亲切地把机器化学家命名为“小来”，以机器为载体，下一步就是想办法给大脑配上可以实际操作的“双手”。相关研究成果发表在《国家科学评论》上。