朱熹教授、徐曜博士在Nanoscale上發(fā)表封面文章
近日，深圳市人工智能與機(jī)器人研究院普適人工智能應(yīng)用研究中心朱熹教授和徐曜博士分別以通訊作者和第一作者的身份，在英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)知名期刊Nanoscale上發(fā)表題為 “Effect of graphene quantum dot size on plant growth”的研究成果。此項(xiàng)關(guān)于A(yíng)I機(jī)器合成農(nóng)業(yè)催化劑的工作同時(shí)被遴選為最新一期 Nanoscale 的封面論文。該論文展示了智能機(jī)器人“定制”納米肥料在解決世界性農(nóng)業(yè)問(wèn)題方面的巨大潛力。
Nanoscale是由英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)出版并經(jīng)同行評(píng)議的科學(xué)期刊，涵蓋了納米技術(shù)和納米科學(xué)所有領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)和理論研究。根據(jù)《期刊引證報(bào)告》（Journal Citation Reports）的數(shù)據(jù)，該期刊在2019年的影響因子為6.895。
圖一：最新一期 Nanoscale (Issue 28, 2020) 的 Front Cover
作者介紹
本文主要作者是博士研究生徐曜。目前，他的研究方向?yàn)槿斯ぶ悄茉诓牧辖徊鎸W(xué)科中的應(yīng)用，在團(tuán)隊(duì)中負(fù)責(zé)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。其他作者還包括陸一驊博士以及博士研究生李佳根和劉汝林。
本文的通訊作者為香港中文大學(xué)（深圳）助理教授理工學(xué)院朱熹教授。朱熹教授現(xiàn)為深圳市人工智能與機(jī)器人研究院普適人工智能應(yīng)用研究中心副主任。他的研究方向是人工智能技術(shù)在材料科學(xué)尤其是新能源領(lǐng)域中的應(yīng)用，領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了基于智能機(jī)器人技術(shù)的加速新材料發(fā)現(xiàn)的MAOS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)材料的“按需合成”，促進(jìn)材料科學(xué)在A(yíng)I時(shí)代的新發(fā)展。
圖二：發(fā)表在Nanoscale 的研究成果“Effect of graphene quantum dot size on plant growth”
研究概要
在本工作中，我們得到了和以往不一樣的結(jié)論：并不存在絕對(duì)促進(jìn)或者抑制植物生長(zhǎng)的石墨烯量子點(diǎn)，促進(jìn)或者抑制作用取決于石墨烯量子點(diǎn)的尺寸大小及其分布。在本研究中，我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論探究了石墨烯量子點(diǎn)促進(jìn)農(nóng)作物以及植物生長(zhǎng)的物理機(jī)制，建立了基于Langmuir吸附理論的物理模型，并且通過(guò)智能化學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)器人更加精確控制合成石墨烯量子點(diǎn)的大小，并且優(yōu)化了最合適的石墨烯量子點(diǎn)的尺寸，從而最大程度地促進(jìn)了農(nóng)作物以及植物的生長(zhǎng)。
和傳統(tǒng)的人工實(shí)驗(yàn)方法相比，嵌入在MAOS系統(tǒng)中的智能化學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)器人明顯可以大幅提升實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性和樣品的尺寸分布，進(jìn)而獲得性能更加優(yōu)異的化學(xué)樣品。人工智能和機(jī)器人技術(shù)可以幫助我們合成尺寸最佳的石墨烯量子點(diǎn)，從而最大程度地促進(jìn)農(nóng)作物植物的生長(zhǎng)。通過(guò)這項(xiàng)研究，我們展示了智能機(jī)器人“定制”納米肥料在解決世界性農(nóng)業(yè)問(wèn)題方面的巨大潛力。
圖三：按需合成特定尺寸的GQDs的合成和優(yōu)化過(guò)程
研究背景
世界各地的農(nóng)業(yè)仍面臨著各種挑戰(zhàn)。隨著人口的進(jìn)一步增加，糧食緊缺問(wèn)題進(jìn)一步惡化。同時(shí)，諸如土壤有機(jī)質(zhì)下降和營(yíng)養(yǎng)缺乏，農(nóng)業(yè)水資源缺乏，耕地面積縮小之類(lèi)的挑戰(zhàn)進(jìn)一步加劇了人們對(duì)食物的需求。然而，世界范圍內(nèi)農(nóng)作物生產(chǎn)力依舊不足。隨著納米技術(shù)和人工智能的發(fā)展，設(shè)計(jì)具有粒徑，尺寸分布等特性的特定超小型納米肥料已成為緩解世界糧食壓力的一種選擇。在這些納米肥料中，毒性較低的和具有更好的生物相容性的碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)（GQD）顯示出了對(duì)農(nóng)作物以及其他植物生長(zhǎng)所具有的促進(jìn)作用，為解決世界性糧食問(wèn)題指明了道路。
