美国北卡罗来纳州立大学科学家研制出一个由人工智能（AI）驱动的自主实验室——PoLARIS。这是一种用于自主反应推理与合成的钙钛矿实验室，在短短12小时内，它能从数十亿种潜在的材料合成配方中，鉴定出一种明亮、无铅的发光纳米材料。这项成果将加速更安全的发光纳米薄片开发，并可广泛应用于光电探测器乃至太阳能燃料生产等领域。相关论文发表于新一期《自然·通讯》杂志。
纳米薄片是厚度仅为十亿分之一米的片状晶体。PoLARIS最新发现的这类纳米薄片，属于无铅“双钙钛矿”家族。这类材料的原子“配方”可灵活调整，从而调控它们吸收与发射光的方式。
光学纳米材料合成过程难度极高。要合成具备理想光学特性的发光纳米薄片，需探遍成分、配比、温度与反应环境几大变量的无数组合。传统试错方法步履缓慢，还极易错失反应参数间重要的互动关联。PoLARIS不仅能快速合成更安全的光学纳米薄片，还能自主分析其光学特性，并据此为下一轮实验调整变量。
团队先选定前体材料并锁定目标——无铅、无重金属的双钙钛矿纳米片，且具备最强的光致发光亮度。随后，PoLARIS循着不同“配方”执行一系列实验，不断改变前体用量、温度、反应时间等变量。每个配方生成一滴微小的流动液滴，充当微型反应容器，之后即刻自动分析。分析结果反馈给AI，AI再据此调整下一轮纳米片实验合成配方。
在一轮12小时的实验中，PoLARIS完成了120次实验，持续提升材料亮度，最终锁定了同类产品中最安全的光学纳米薄片。它不仅找到了更优配方，更帮助科学家理解了这一配方何以奏效。这正是加速发现下一代材料所需的“人—AI—机器人”协作新范式。
团队强调，未来能源、电子与可持续发展技术所需的许多材料都过于复杂，单凭人类直觉难以优化。像PoLARIS这样的自动实验室，有望为探索未知之境，提供一种更快、更高效且能带来更深刻科学洞见的方式。
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📸 马增华记者 王计春 摄
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📸 齐玉珍记者 张振国 摄
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