前言：反应机理了解不够，还能做化学实验吗？各种变量影响错综复杂，如何快速参透？小试OK，放大失灵怎么破？……温正慧的答案是：搭建一台AI机器人。1月26日，Science杂志上新，题为“Automated self-optimization, intensification, and scale-up of photocatalysis in flow”的论文在线发表，入职甬江实验室尚未满月的温正慧是论文共同一作。
本期甬江后浪聚焦这位Y-Lab新人，听他讲述他与智能自动化平台RoboChem的故事。
温正慧
2024年元旦刚过，温正慧正式入职甬江实验室，任特聘研究员，开始组建流动与智能化合成研究组。这并不是他在甬江畔的第一次亮相。两个多月前，他以荷兰阿姆斯特丹大学研究员的身份，来到宁波参加甬江实验室首届全球青年科技精英论坛。也正是那次参会，加速了他归国的脚步。
谈及登上顶刊的“大文章”，温正慧笑着说，没想到前脚刚来了实验室，后脚论文就发表了。是好消息，是动力也是压力。“希望在甬江实验室快速迭代RoboChem，不仅用于基础研究，更拓展至应用研究，甚至产业化。”
DOI: 10.1126/science.adj1817
初遇“路引”
即便是十多年过去了，温正慧依然清晰地记得在浙鳌高级中学的那些“名场面”：风趣的刘老师说出一连串的化学反应，身为化学课代表的小温同学在黑板上写下相应的反应方程式，准确、速度极快。
学化学，带来小小满足感，少年毫不迟疑将其列入高考志愿。然而，彼时的他对化学和化工傻傻分不清，引发了“意外”——他被华中科技大学化学工程与工艺专业录取，入校后才意识到化学和化工迥异，前者属于理科，后者是工科。但这个“意外”也为温正慧打开了化学工程的大门，让他得以顺着心流，遇到真正动心的科研领域。
2013年，温正慧迎来了自己的第一个“大年”。刚满20岁的他带着小伙伴一路披荆斩棘，拿下第七届“中国石化-三井杯”化工设计竞赛全国一等奖、华中赛区特等奖，并于同年获评华中科技大学年度“科技创新标兵”。
参加“中国石化-三井杯”化工设计竞赛
也就在那一年他初识自己未来科研道路的“路引”。某堂反应工程课上，化工老师邬勇奇说了一个当时课本里还没有的名词——微反应器，称它是“桌面式工厂”，应用前途看好。
微反应器，即微通道反应器，是基于流动化学操作模式，利用精密加工技术制造的内部通道尺寸在100到1000微米之间的微型反应器。得益于微米级的特征尺寸，微反应器具有非常大的比表面积，较传统的釜氏反应器传质传热效率有了极大的提高，反应安全系数也更高。
课后，温正慧查找大量有关微反应器的资料，在弄清楚其工作原理后，对这一新兴“神器”产生了极大的兴趣，决定将其作为研究生阶段的研究方向。在检索国内相关领域文献后，最终锁定了中国科学院大连化学物理研究所微化工技术研究组，该研究组负责人陈光文研究员是我国微化工领域的知名专家。
“偷懒”的念头
在陈光文研究员的指导下，温正慧正式踏入了与微反应器相关的研究领域，并开始他在这个领域内的第一项科研任务——微反应器内三氟甲氧基苯硝化反应研究。
温正慧搭建的第一个微反应器-连续三氟甲氧基苯硝化装置
针对这一研究内容，他搭建了一整套微反应装置，包括注射泵、混合器、预冷区、反应区、中和区以及后处理部分，并通过接入气相色谱/液相色谱检测设备，收集每一次反应所获得的产物收率和转化率数据。
随后，漫长的实验与数据采集分析阶段开始了。每一次实验，都需要依据上一次实验的结果对反应参数进行调整，每改变一次参数，都需要再进行一次实验来获得新的结果，并通过对新旧数据的对比分析，再指导设计下一次的实验参数，这样反复验证的过程平均每天会进行20-30次，就这样在不断的实验与试错中，寻找那个“最优解”。
猜测、尝试、纠错，再猜测、再尝试……温正慧丝毫不敢怠慢，毕竟过去150多年里，传统的化学研究范式就是如此。但偶尔也会冒出“偷懒”的念头：如果有一个机器人去干那些繁琐又耗时的累活，自己就能匀出更多的时间阅读前沿文献了。
就在温正慧埋头做实验时，麻省理工学院已将微化工自动化做得相当成熟，甚至做出了冰箱大小的自动药物生产设备。因此硕士毕业之际，“化学机器人”的念头再次复现，这一次他决定将微化工自动化作为读博方向，而且要找到国际顶尖团队，赶上最前沿的步伐。
你好，RoboChem！
2018年，温正慧获得国家留学基金委资助，赴荷兰埃因霍芬理工大学攻读博士学位，并师从世界流动化学协会主席Timothy Noël教授，他也是全球流动光催化领域的先锋。
光催化技术，自诞生起就吸引了学界和业界的极大关注。近年来在有机合成、催化、环境治理、生物医学等领域均有不少研究成果。但受限于光催化反应参数复杂，反应优化、重复实验和规模放大等方面挑战重重，其规模化应用仍处于起步阶段。开发出一款适用于光催化转化的智能平台，解决光吸收的均匀性难以控制、内在反应机理机制不清晰等问题，正是众多光催化科研人的理想，Noël教授也不例外。
开发机器人平台，自然需要一个懂工程、懂IT的人。Noël教授注意到了温正慧的本硕背景，欣然让他挑重担。“导师以为我具备自动化项目开发、算法、编程等等技能，可当时这些我都不会。”温正慧笑言导师“招错了人”。
赶鸭子上架，那就硬着头皮上吧。3D打印技术、Python编程、Arduino项目开发、机器学习算法……读博的第一年，温正慧凭借超强的学习能力和毅力，将这些技能一一解锁，让智能自动化平台项目逐步开展起来。
不久之后，Noël教授获聘荷兰阿姆斯特丹大学正教授，获得了一笔可观的科研启动经费，于是招兵买马。在科研利器和团队的加持下，经历了第一代和第二代样机试制并调整改进后，智能自动化平台——RoboChem诞生了！RoboChem是这样工作的：智能化算法提供化学合成的条件，接着RoboChem开始按照输入的条件参数自动配置反应液、开展光催化反应并将反应后溶液送往在线检测装置进行分析，获得实验结果，并反馈给控制算法，再给出下一次实验的合成条件，形成闭环操作。
Noël教授团队RoboChem项目成员
当然，RoboChem是否适用于不同反应，还需要更多实例验证。温正慧和同事们选取了5种不同类型的光催化反应进行检验。在证实对涉及氢原子转移、单电子转移等单一机理的光催化反应的高效自优化性能（注：对比人工优化模型反应结果，时空产率显著提高565倍）之后，他们将目光聚焦于复杂光催化体系的优化研究。
鉴于碳-碳键合成在药物中间体中的重要意义，温正慧选取烷基溴代物与芳基溴代物的亲电交叉偶联作为模型反应，以实现C(sp2)–C(sp3)键的构筑。该反应涉及光催化苯酮氢原子转移（HAT）、硅基自由基诱导卤素原子转移（XAT）和金属镍催化的交叉偶联协同作用机制。鉴于该方法复杂的合成机理和庞大的参数空间， Noël教授团队里的同事花费了半年多的时间才完成该方法的优化工作。RoboChem又一次向人类科学家发起挑战。
温正慧配置反应物溶液，在用户操作界面输入反应物信息和目标优化函数，一切准备就绪后RoboChem要开始工作了。经过58小时的60次实验，RoboChem再次表现抢眼：经优化后，目标产物的收率从文献报道的37%提高到了77%！
半年多缩短至58小时，且优化工艺更胜一筹！在得到实验结果的那一刻，温正慧望着这位自己花了4年多时间亲手打造的协作机器人百感交集。
RoboChem实现的C(sp2)–C(sp3)亲电交叉偶联的底物范围
曾经“偷懒”的念头化作理想，如今理想照进了现实！
甬江追梦
研制出光催化领域新一代AI机器人，温正慧完成了博士及博士后研究工作，面临科研道路的下一站，他把目光投向了祖国。当时申请工作的时候，Science文章尚未被接收，温正慧试探性地向数家高校院所发去应聘资料，“甬江实验室是第一个和我交流并发来offer的。”
2023年10月30日，在甬江实验室的热情邀请下，温正慧参加了甬江实验室首届全球青年科技精英论坛，不仅“零距离”了解这家新型科研机构，也向实验室进一步阐述了他对RoboChem的下步规划——
温正慧在阿姆斯特丹大学搭建的智能化学机器人平台
基于流动化学“模块化”的优势，未来他打算将RoboChem应用于其他类型的反应体系中，例如高温高压体系，从而进一步拓宽RoboChem的应用范围。同时，RoboChem生成的高质量反应数据集也将大幅促进数字化学/人工智能在化学化工领域的进一步发展，加速科研人员对反应机理的理解与探究，从而更好地指导后续大规模的生产应用。
而甬江实验室定位“前瞻创新、从0到1，厚植产业、造福社会”，是贯穿从基础研究到应用研究的全链条研发模式，这一点非常契合他的研究理念，“我对甬江实验室也抱有非常大的期待”。
AI for Science，被视为第四次科技革命的驱动力，“化学机器人”势必会加快新化学品和新材料的研发创制，这也是甬江实验室科研方向布局之一。投桃报李，实验室给予了非常积极的实际反馈，从人、财、物等各方面全力支持温正慧的科研梦想，以充足的科研支持、完备的综合保障，为他量身打造实现梦想的舞台。
1月3日，温正慧正式加入甬江实验室。在不到一个月的时间里，实验室已经协助他招募到了一名工程师和一名优秀博士后，团队配置初具雏形，一切都在高效推进，朝着他既定的方向。
“This is a very strong piece of well-conceived and implemented chemistry research.”“The work generates such ‘rich datasets’ is a real boon.”Science审稿人对RoboChem的表现和未来如是评价。
让我们一起期待，温正慧在甬江之畔再续RoboChem故事的新篇章。
流动与智能化合成研究组
流动与智能化合成研究组致力于成为国际一流的流动化学研究中心。
研究组目前主要研究方向集中于：
1. 围绕高附加值的精细化学品与医药中间体，利用连续光催化和连续多步合成策略，结合工程设计与机理研究手段，实现化学合成方式的变革；
2. 开展新型自动化流动合成系统在小分子药物和有机合成中的研究及人工智能算法在合成路径规划、工艺优化、反应预测等领域研究；
3. 通过系统集成、反应器设计、工艺优化等手段，实现大规模连续光催化合成。
诚挚欢迎热爱科研、富有探索精神的副研、助研、博士后、联培硕博、科研助理及工程师等加盟，具备流动化学、光催化、智能化合成、人工智能相关研究背景者优先。
有意者请将个人简历和研究总结（汇总成一个pdf文档，邮件命名：姓名-岗位申请）发送至zhenghui-wen@ylab.ac.cn
