这款全球首个集阅读文献、设计实验、自主优化等功能于一体，覆盖化学品开发全流程的机器化学家平台，被科研人员形象地称为“机器化学家”。

实验室负责人、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，科研人员也许一生都做不完；有了机器化学家，可能只需要一两周时间。”

机器化学家融合了大数据、人工智能和自动化的强大优势，为化学这一传统学科提供了新的研究范式。

那么，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、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、地利、人和的结果。”

机器化学家“小来”在做实验。中国科大供图

天时：科研发展的必然

2011年底，江俊决定回国加入中国科大，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。

两人都从事理论和计算化学方面的研究，但各有侧重。罗毅主攻解析高分辨单分子化学成像，江俊则更关注材料设计和微观机理的研究。

2013年底的一天，罗毅与江俊一起出差。在路上，罗毅抛出一个问题：基于独立事例的理论计算，虽然符合传统研究范式，但效率太低。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，我国严重缺乏科学数据的积累，在学术上非常被动。

“我们做了大量研究工作，但最终成果发表在外文期刊上。引用这些论文数据时还得花钱买，并且只有访问权，不允许大量下载。”江俊认为，要用好大数据技术，必须首先建立数据系统。

从2014年起，江俊带领学生收集教科书、论文、专利中“沉淀”的化学经验和知识，用3年搭建起“中国人自己的化学材料大数据库”。

有了足够的数据后，接下来的问题就是如何使用。在技术上，人工智能是处理大数据最好的手段。然而，这对罗毅、江俊而言是一个全新的工具。

不懂就学，知难而上。他们以自己熟悉的谱学、催化为抓手，应用人工智能方法开展研究，取得了良好的效果。值得一提的是，江俊发现的多个功能强大的描述符，被《科学》杂志两次专文推荐。

虽然融合了人工智能技术，但如何用大数据解决实际的化学问题，依旧是个挑战。“因为数据本身缺乏知识逻辑的关联。”罗毅说。

2017年的一天，罗毅想到一个好点子：可否借助本校两位教授在发光材料、催化剂领域的深厚积累，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，说：“你把张国庆、熊宇杰发表的论文全部读一遍，这样就能形成一个‘张国庆大脑’、一个‘熊宇杰大脑’。研究发光材料时，就调用‘张国庆大脑’；设计催化剂时，就调用‘熊宇杰大脑’。这样一来，我们这些化学知识不足的人也可以用好数据了。”

就这样，江俊和同学们一起对海量文本数据进行人工标注，逐步赋予计算机自主阅读并分析文献资料的能力，仅用两年就成功培育出一颗“化学大脑”。

“化学大脑”有了，下一步就是想办法给大脑配上可以实际操作的“双手”。

2020年，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。研读完他们发表的相关文章，江俊信心满满地对罗毅说：“我们不但可以让机器人做实验，还可以给机器人配上‘化学大脑’。”

同年，在中国科大的一次交叉学科论坛上，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，两人在联手研发机器化学家上一拍即合。

于是，在江俊的带领下，他们迅速组织了一个青年团队，夜以继日协同攻关。

2021年12月，全球首个数据智能驱动的机器化学家，终于在中国诞生了。它融合“化学大脑”，集成了两台移动机器人、19个智能化学工作站和高通量计算系统，覆盖科学研究方法论全流程。

2022年9月，相关研究成果发表在《国家科学评论》上。审稿专家如此评价：这款机器化学家的“机器人系统、工作站和智能化学大脑都是最先进的”，“将对化学科学产生巨大影响”。

“机器化学家不是某天一拍脑袋就能做出来的。”罗毅说，“这是我们与时俱进、吸纳新知识、利用新技术解决问题的过程，也是持续进行科研探索的必然结果。”

地利：多学科交叉的优势

创造出这样一位能阅读、能思考、能实践、能最终解决问题的机器化学家，并非易事。

江俊认为，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、多学科交叉的优势。

他回忆，大数据模型建立后，需要在实验中进一步验证，这意味着更大的投入。

2021年初，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，“数据驱动的化学、材料和生物科学的机器科学家”是46个项目之一。

江俊鼓起勇气，决定“揭榜挂帅”。很快，他的项目申请获得通过。从2021年到2025年，中国科学院将拿出2000万元经费，给予江俊团队连续5年的稳定支持。

也是在2021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”。学校研究后，给予1000万元经费支持。同时，中国科大合肥微尺度物质科学国家研究中心、化学与材料科学学院出手相援，为研发团队提供了研发场地、调配了研究设备。

“这种快速决策、快速支持、快速拨款的响应机制给了我很大激励，也为研究提供了及时、充分的保障。在人工智能领域，技术迭代速度极快，一步落后就会步步落后。”江俊说。

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，他们可以优势互补、协同攻关，更加快速地把构想变成现实。

例如，机器人是整个平台中的重要一环。当初，尚伟伟与江俊商量后，愿意改变团队的研究方向，专门研发实验机器人。

安德鲁·库珀在参观机器化学家实验室时，最羡慕的就是江俊他们拥有自己的机器人研发团队。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，如果要做一个新的动作，可以随时调整代码。安德鲁·库珀则必须请公司改代码，因为他的机器人是买来的。”（记者王敏）

研究团队在控制室分析电催化机器实验数据结果。张大岗 摄

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责任编辑：魏敏