Платформа Synthesizer: ИИ и автоматизированный синтез для создания наноматериалов с заданными свойствами

Исследователи из Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана (LMU) под руководством профессора Александра Урбана создали инструмент, способный революционизировать дизайн новых материалов. Платформа Synthesizer объединяет автоматизированный химический синтез, высокопроизводительную характеризацию и моделирование на основе данных. Её цель — контролировать рост нанокристаллов с беспрецедентной точностью для создания материалов с заданными оптическими свойствами. Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Materials.

Растворы перовскитных нанокристаллов с различными оттенками сине-зелёного свечения. Автор: Н. Хенке / LMU

В отличие от предыдущих подходов, Synthesizer — первая платформа, которая связывает воедино всю цепочку: от автоматизированного синтеза и оптической характеризации до вывода конкретных правил проектирования с помощью ИИ в рамках открытой модульной системы.

«Сегодня мы можем компоновать свойства материалов почти как мелодию, ноту за нотой, параметр за параметром», — говорит Александр Урбан.

Именно это и позволяет делать Synthesizer. С её помощью можно автоматически производить и характеризовать варианты галогенидных перовскитов, в то время как модель ИИ обучается понимать, какие химические комбинации приводят к определённым цветам, уровням яркости или стабильности.

Оптические свойства галогенидных перовскитов, такие как цвет, яркость или ширина спектра излучения, определяют их применение в светодиодах, солнечных элементах или датчиках.

«Даже мельчайшие различия в размере, форме и структуре нанокристалла могут сместить излучаемый свет, — объясняет Нина Хенке, первый автор статьи и докторант в команде Урбана. — Поэтому тонкая настройка крайне важна для разработки материалов, точно соответствующих конкретным применениям».

Ускорение для разработки галогенидных перовскитов

Особенность Synthesizer в том, что платформа является открытой, гибкой и расширяемой. Изначально она была разработана для галогенидных перовскитов, но, в принципе, подходит и для других классов материалов.

В будущем исследователи смогут автоматизировать синтезы, систематически варьировать параметры и генерировать ценные наборы данных за очень короткое время. Модель ИИ затем переводит эти данные в конкретные правила проектирования. В статье учёные не только представляют концепцию, но и выпускают Synthesizer как свободно доступную и модульно адаптируемую платформу.

«Наша цель — ускорить исследования материалов и обеспечить точные прогнозы, — говорит Урбан. — Это позволяет создавать кристаллы со специально настроенными оптическими и физическими свойствами и дальше продвигать оптоэлектронику и фотонику».

Платформа Synthesizer совместима с существующими системами для автоматизированного синтеза. Команда LMU в настоящее время работает над интеграцией своей разработки в лабораторную рутину.

ИИ: Это значительный шаг в сторону «лаборатории будущего», где ИИ не просто анализирует данные, а напрямую управляет процессом создания новых материалов, сокращая цикл разработки с лет до недель или даже дней. Открытый характер платформы может дать мощный импульс всему научному сообществу в области материаловедения.