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Enregistrement W4292639835 · doi:10.1021/acs.accounts.2c00220

Autonomous Chemical Experiments: Challenges and Perspectives on Establishing a Self-Driving Lab

2022· article· en· W4292639835 sur OpenAlexafffund
Martin Seifrid, Robert Pollice, Andrés Aguilar‐Granda, Zamyla Morgan Chan, Kazuhiro Hotta, Cher Tian Ser, Jenya Vestfrid, Tony Wu, Alán Aspuru‐Guzik

Notice bibliographique

RevueAccounts of Chemical Research · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueInnovative Microfluidic and Catalytic Techniques Innovation
Établissements canadiensVector InstituteCanadian Institute for Advanced ResearchUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesOffice of Naval ResearchNational Research Council CanadaDefense Advanced Research Projects AgencyNatural Resources CanadaUniversity of TorontoSchweizerischer Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung
Mots-clésSelf drivingNanotechnologyBiochemical engineeringEngineeringMaterials scienceTransport engineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

We must accelerate the pace at which we make technological advancements to address climate change and disease risks worldwide. This swifter pace of discovery requires faster research and development cycles enabled by better integration between hypothesis generation, design, experimentation, and data analysis. Typical research cycles take months to years. However, data-driven automated laboratories, or self-driving laboratories, can significantly accelerate molecular and materials discovery. Recently, substantial advancements have been made in the areas of machine learning and optimization algorithms that have allowed researchers to extract valuable knowledge from multidimensional data sets. Machine learning models can be trained on large data sets from the literature or databases, but their performance can often be hampered by a lack of negative results or metadata. In contrast, data generated by self-driving laboratories can be information-rich, containing precise details of the experimental conditions and metadata. Consequently, much larger amounts of high-quality data are gathered in self-driving laboratories. When placed in open repositories, this data can be used by the research community to reproduce experiments, for more in-depth analysis, or as the basis for further investigation. Accordingly, high-quality open data sets will increase the accessibility and reproducibility of science, which is sorely needed.In this Account, we describe our efforts to build a self-driving lab for the development of a new class of materials: organic semiconductor lasers (OSLs). Since they have only recently been demonstrated, little is known about the molecular and material design rules for thin-film, electrically-pumped OSL devices as compared to other technologies such as organic light-emitting diodes or organic photovoltaics. To realize high-performing OSL materials, we are developing a flexible system for automated synthesis via iterative Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions. This automated synthesis platform is directly coupled to the analysis and purification capabilities. Subsequently, the molecules of interest can be transferred to an optical characterization setup. We are currently limited to optical measurements of the OSL molecules in solution. However, material properties are ultimately most important in the solid state (e.g., as a thin-film device). To that end and for a different scientific goal, we are developing a self-driving lab for inorganic thin-film materials focused on the oxygen evolution reaction.While the future of self-driving laboratories is very promising, numerous challenges still need to be overcome. These challenges can be split into cognition and motor function. Generally, the cognitive challenges are related to optimization with constraints or unexpected outcomes for which general algorithmic solutions have yet to be developed. A more practical challenge that could be resolved in the near future is that of software control and integration because few instrument manufacturers design their products with self-driving laboratories in mind. Challenges in motor function are largely related to handling heterogeneous systems, such as dispensing solids or performing extractions. As a result, it is critical to understand that adapting experimental procedures that were designed for human experimenters is not as simple as transferring those same actions to an automated system, and there may be more efficient ways to achieve the same goal in an automated fashion. Accordingly, for self-driving laboratories, we need to carefully rethink the translation of manual experimental protocols.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,038
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,023
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Théorique ou conceptuel · Signal consensuel: Théorique ou conceptuel
GenreSignal candidat: Synthèse · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,038
Score d'incertitude au seuil0,199

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0380,023
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0030,015
Communication savante0,0100,021
Science ouverte0,0050,011
Intégrité de la recherche0,0070,008
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0070,004

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,057
Tête enseignante GPT0,327
Écart entre enseignants0,271 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeThéorique ou conceptuel
Domainenon disponible
GenreSynthèse

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations267
Publié2022
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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