近日，深圳市人工智能与机器人研究院普适人工智能应用研究中心朱熹教授和徐曜博士分别以通讯作者和第一作者的身份，在英国皇家化学会知名期刊Nanoscale上发表题为 “Effect of graphene quantum dot size on plant growth”的研究成果。此项关于AI机器合成农业催化剂的工作同时被遴选为最新一期 Nanoscale 的封面论文。该论文展示了智能机器人“定制”纳米肥料在解决世界性农业问题方面的巨大潜力。

Nanoscale是由英国皇家化学学会出版并经同行评议的科学期刊，涵盖了纳米技术和纳米科学所有领域的实验和理论研究。根据《期刊引证报告》（Journal Citation Reports）的数据，该期刊在2019年的影响因子为6.895。

图一：最新一期 Nanoscale (Issue 28, 2020) 的 Front Cover

作者介绍

本文主要作者是博士研究生徐曜。目前，他的研究方向为人工智能在材料交叉学科中的应用，在团队中负责系统硬件设计。其他作者还包括陆一骅博士以及博士研究生李佳根和刘汝林。

本文的通讯作者为香港中文大学（深圳）助理教授理工学院朱熹教授。朱熹教授现为深圳市人工智能与机器人研究院普适人工智能应用研究中心副主任。他的研究方向是人工智能技术在材料科学尤其是新能源领域中的应用，领导团队开发了基于智能机器人技术的加速新材料发现的MAOS系统，实现材料的“按需合成”，促进材料科学在AI时代的新发展。

图二：发表在Nanoscale 的研究成果“Effect of graphene quantum dot size on plant growth”

研究概要

在本工作中，我们得到了和以往不一样的结论：并不存在绝对促进或者抑制植物生长的石墨烯量子点，促进或者抑制作用取决于石墨烯量子点的尺寸大小及其分布。在本研究中，我们通过实验和理论探究了石墨烯量子点促进农作物以及植物生长的物理机制，建立了基于Langmuir吸附理论的物理模型，并且通过智能化学实验机器人更加精确控制合成石墨烯量子点的大小，并且优化了最合适的石墨烯量子点的尺寸，从而最大程度地促进了农作物以及植物的生长。

和传统的人工实验方法相比，嵌入在MAOS系统中的智能化学实验机器人明显可以大幅提升实验的可重复性和样品的尺寸分布，进而获得性能更加优异的化学样品。人工智能和机器人技术可以帮助我们合成尺寸最佳的石墨烯量子点，从而最大程度地促进农作物植物的生长。通过这项研究，我们展示了智能机器人“定制”纳米肥料在解决世界性农业问题方面的巨大潜力。

图三：按需合成特定尺寸的GQDs的合成和优化过程

研究背景

世界各地的农业仍面临着各种挑战。随着人口的进一步增加，粮食紧缺问题进一步恶化。同时，诸如土壤有机质下降和营养缺乏，农业水资源缺乏，耕地面积缩小之类的挑战进一步加剧了人们对食物的需求。然而，世界范围内农作物生产力依旧不足。随着纳米技术和人工智能的发展，设计具有粒径，尺寸分布等特性的特定超小型纳米肥料已成为缓解世界粮食压力的一种选择。在这些纳米肥料中，毒性较低的和具有更好的生物相容性的碳量子点和石墨烯量子点（GQD）显示出了对农作物以及其他植物生长所具有的促进作用，为解决世界性粮食问题指明了道路。