美國北卡羅來納州立大學科學家研製出一個由人工智能（AI）驅動的自主實驗室——PoLARIS。這是一種用於自主反應推理與合成的鈣鈦礦實驗室，在短短12小時內，它能從數十億種潛在的材料合成配方中，鑑定出一種明亮、無鉛的發光納米材料。這項成果將加速更安全的發光納米薄片開發，並可廣泛應用於光電探測器乃至太陽能燃料生產等領域。相關論文發表於新一期《自然·通訊》雜誌。

納米薄片是厚度僅為十億分之一米的片狀晶體。PoLARIS最新發現的這類納米薄片，屬於無鉛“雙鈣鈦礦”家族。這類材料的原子“配方”可靈活調整，從而調控它們吸收與發射光的方式。

光學納米材料合成過程難度極高。要合成具備理想光學特性的發光納米薄片，需探遍成分、配比、溫度與反應環境幾大變量的無數組合。傳統試錯方法步履緩慢，還極易錯失反應參數間重要的互動關聯。PoLARIS不僅能快速合成更安全的光學納米薄片，還能自主分析其光學特性，並據此為下一輪實驗調整變量。

團隊先選定前體材料並鎖定目標——無鉛、無重金屬的雙鈣鈦礦納米片，且具備最強的光致發光亮度。隨後，PoLARIS循着不同“配方”執行一系列實驗，不斷改變前體用量、溫度、反應時間等變量。每個配方生成一滴微小的流動液滴，充當微型反應容器，之後即刻自動分析。分析結果反饋給AI，AI再據此調整下一輪納米片實驗合成配方。

在一輪12小時的實驗中，PoLARIS完成了120次實驗，持續提升材料亮度，最終鎖定了同類產品中最安全的光學納米薄片。它不僅找到了更優配方，更幫助科學家理解了這一配方何以奏效。這正是加速發現下一代材料所需的“人—AI—機器人”協作新範式。

PoLARIS也具備出色的可擴展性。它既能發現同類最優的雙鈣鈦礦納米薄片，也能切換模式連續製造已優化的目標材料。

團隊強調，未來能源、電子與可持續發展技術所需的許多材料都過於複雜，單憑人類直覺難以優化。像PoLARIS這樣的自動實驗室，有望為探索未知之境，提供一種更快、更高效且能帶來更深刻科學洞見的方式。