化学作为基础科学，专注于探究物质的构成、结构、特性以及在多变环境下的行为，还有物质间的相互作用。实验和理论相辅相成，携手推动化学研究的进展，对新材料开发、新能源探索及生物医疗技术的改进等领域均影响深远且应用广泛。

随着蒸汽机和电机引领的“碳基”工业革命，以及计算机为核心的“硅基”信息技术革命的先后到来，人类已逐步突破了体力和算力的限制。如今，智能时代已经到来，突破人类“脑力”限制的第四次通用智能工业革命即将到来。

在人工智能技术的驱动下，机器化学家云设施应运而生，它汇聚了科学数据、人工智能算法、智能机器人和云平台的强大力量。这一创新工具不仅有望解决长期困扰化学科学的维度灾难和复杂巨系统问题，更有望在高值化学品、功能材料、生物化学医药等领域催生颠覆性的突破。

机器化学家云设施的内涵与价值

与传统化学家的研究路线相比，机器化学家云设施通过数据库、人机交互、机器实验员、化学工作站和化学大脑的有机结合，实现了研究流程的全覆盖和智能化。其独特之处在于能够高效整合数据知识，不断调整理论和实验设计，从而推动科学研究的深度和广度不断拓展。

机器化学家云设施组织形态

此外，机器化学家云设施的建设对于增强我国在科技创新领域的竞争力、确保新兴科技领域的领先地位具有重大意义。它不仅能防范我国在智能化学研究工具方面被“卡脖子”的风险，更能助力我国在全球新一轮科技革命中取得更大的发展和突破。

机器化学家云设施的分层架构

机器化学家云设施采用分层架构，包括化学科学数据库、科学大模型、机器人平台和智能管理决策系统四个部分。

化学科学数据库

通过整合多来源的理论和实验数据，构建多学科知识和多模态数据的人工智能化学科学数据库，为智能化学研究提供坚实的数据基础。

化学科学数据库将嵌入人工智能模型，并汇聚文献数据、整合理论与实验数据，包括化学科学领域数据汇聚、科技文献机器阅读工具建设、知识嵌入与知识图谱构建。

科学大模型

针对神经网络大模型在化学科学应用中存在的可靠性、可解释性和可调试性问题，发展基于数理逻辑的科学大模型，实现数据驱动的神经网络模型与知识驱动的符号逻辑推理引擎的深度融合。

通过综合知识图谱和基于化学认知的知识增强算法，融入专家的化学知识和理解，利用特色化学描述符，创建基于化学原理的清晰人工智能算法。

机器人平台

提供高效、精准的实验和数据处理解决方案，包括基于微通道连续流的全自动高通量研究系统、全自动高通量研究系统的功能扩展、全自主实验的移动操作机器人以及全流程智能化学实验室等。

打造精准智能化学的全场景解决方案

智能管理决策系统

智能管理决策系统即智能化学云平台，包括机器化学家指令集、操作系统、联邦学习算法系统等，促使机器化学家能够在不同实验任务和实验室之间进行迁移学习，最终构建标准化的云平台层面智能化学实验室。

智能化学云平台实现全流程智能控制决策与任务调度

总之，机器化学家云设施的化学科学数据库、科学大模型、机器人平台、智能管理决策系统，将集成解放人类科研人员的“记忆力、体力、算力、脑力”限制，打破科研过程中的知识壁垒、空间限制、学科界限，智能连接科研个体并大幅度拔高其科研能力。作为智能时代的化学研究新引擎，机器化学家云设施将为化学科学研究带来前所未有的机遇和挑战。它的出现不仅预示着化学科学研究范式的全面变革，更将为整个物质科学研究领域注入新的活力和动力。

文章改编自《中国科学院院刊》2024年第1期，专题：大力推进科研范式变革，原文标题：大模型驱动、人机协同的机器化学家云设施。

作者：崇媛媛 冯硕 王嵩 江俊