依托“智能体+具身算法”自主开展实验，数十倍提速攻克关键材料难题
文/图 羊城晚报全媒体记者 沈婷婷
在中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）材料人工智能实验室，一台名为明德博士（Dr.Mind）的双手机器人正独立完成整套离心实验，开盖、夹取试管、对称配平、合盖复位全程无需科研人员介入。这套国内首个面向材料研发的具身智能机器人科学家系统，由深圳先进院材料人工智能研究中心主任喻学锋团队自主研发，一改传统AI只会推演、无法实操的短板，依托“双模类脑智能体+自主学习具身算法”搭建完整自主科研闭环，大幅压缩新材料研发周期，接连攻克磁性微球、黑磷、磷酸铁锂等长期被海外垄断的关键材料，是广东落地“人工智能+”行动、激活新质生产力的典型样板。
“大脑配小脑”，重塑实验室研发逻辑
新材料产业发展长期受制于漫长研发周期，一款材料从实验室构思到量产往往需要十几二十年，大量科研人员耗费精力在移液、观测、参数调试等重复工作上。人工操作存在个体差异，实验数据稳定性不足；普通自动化机械臂只能执行预设程序，不具备自主优化、自主探索的能力，很难适配材料研发多变的试错需求。
明德博士最大的创新，是构建了一套双向联动的双模智能架构。团队为机器人打造双模类脑材料创制智能体作为“大脑”，依托材料科学大模型梳理文献、推导研发思路、设计完整实验方案；搭配自主研发的具身智能算法作为“小脑”，统筹设备自主行走、灵巧抓取、视觉力觉感知等实操能力。大脑与小脑并非单向下发指令，而是形成“感知—决策—执行—反馈”循环：智能体输出工艺方案，机器人落地开展实验，实时采集的实验数据回流模型，持续迭代优化研发路线，真正实现科研“想好方向，做对实验”。
依托轻量化、可快速更换的实验灵巧手，机器人在多项实验中实现了人工难以企及的操作精度。人工移液、纤维拉丝易受操作习惯干扰，数据离散度高，而这套系统依靠自适应力控校准，操作变异系数控制在0.5%以内，重复实验误差极小。在基于提拉法制丝的手性纤维实验中，机器人可以自动探索新的动作轨迹并精准复刻，产出的发光纤维手性G因子远超行业平均水平，可用于智能防伪、光学传感等场景。针对单晶生长这类长达数日的长周期实验，机器人能够全天候捕捉晶体微观变化，自动调整温度、补液参数，稳定培育大尺寸高质量单晶；离心机全自动上样任务经过多轮仿真训练后，任务稳定成功率可达92%。
为减少实体耗材损耗、规避高危实验风险，团队搭建数字孪生仿真平台，机器人先在虚拟空间完成海量操作学习，再进入实体实验室开展研发，持续积累视觉、触觉融合的实验数据集，不断优化算法性能。整套系统采用模块化设计，可根据生物医药、新能源、功能涂层等不同研发场景快速调整软硬件，中小企业无需投入高额成本自建AI实验体系，就能搭建专属智能实验室。
产学研深度绑定，关键材料实现国产突破
前沿技术的价值最终要落到产业一线，这套具身智能系统走出实验室后，深度对接深圳本地产业链企业，针对多项国家重点“卡脖子”材料开展定向攻关，走出一套可复制的AI赋能新材料产业化路径。
磁性微球直径不足发丝三分之一，是体外诊断、生物制药的核心耗材，十多年前就被列入我国亟待攻克的“卡脖子”技术清单，国内市场长期由海外企业垄断。团队与深圳太古宙生物科技合作搭建智能微球创制系统，依靠机器人高通量自主筛选工艺参数，实验效率较传统人工研发提升数十倍，成功研发性能对标进口产品的国产磁性微球，助力企业实现高端生物分离材料自主可控。在新能源赛道，智能系统完成磷酸铁锂正极材料全套工艺优化，协助合作企业建成三十万吨级磷酸铁锂产线，企业年度业务增速达541%；针对黑磷、量子点等前沿功能材料，传统人工研发依靠查阅文献、反复手动调参，试错周期漫长，智能系统大幅压缩参数优化时长，降低新材料产业化前期成本。
目前，该技术体系覆盖磁性微球、微胶囊、黑磷晶体、量子点、功能涂层等多类关键材料研发，同时逐步拓展至细胞制备等超净间高危实验场景，替代科研人员完成重复、严苛的实验操作，让科研工作者从繁杂实操中抽身，专注原创科学探索。
产业转化成果直观体现技术落地成效：近5年，团队累计承接企业委托研发项目金额超2.5亿元，落地8个千万级创新联合体；手握120项发明专利、14项软件著作权，29项核心技术完成市场转化，转化总额超4000万元。依托核心技术，团队牵头建成首批国家级制造业中试平台与深圳市材料人工智能创制中小试基地，打通新材料从实验室研发、中试验证到生产线量产的堵点，面向中小制造企业开放成熟的AI实验基础设施，降低行业创新门槛。
人机协同持续深化，AI产业落地迎新机遇
这项成果落地深圳先进院，依托平台独有的跨学科协同机制，打通物理、化学、生物、材料、机器人、人工智能多学科壁垒，科研人员与工程师集中在同一空间协同攻关，搭配灵活的薪酬激励机制留住高端工程人才，搭建起覆盖基础研究、工程开发、产业转化的完整人才梯队。
针对机器人是否会取代人类科学家的行业热议，喻学锋有着清晰判断：人机之间是“具身相伴，造物致用”的协同关系。机器人擅长重复性、长时值守、高风险实验劳动，而人类提出原创猜想、探索未知领域的核心能力无法被替代。面向未来，团队定下两大研发方向，一是拓展特种实验场景，承接人类不适宜开展的严苛实验；二是探索“制造具身、具身制造”，利用机器人反向研发轻量化机身、新型传感器等配套材料，形成技术自我迭代闭环。
放眼全省，广东现有3家国家级人工智能应用中试基地，数量全国第一，全省AI发展重心已经从大模型参数比拼，转向实体经济场景深度落地。今年4月，广东省人工智能应用对接大会在深圳举办，这套材料研发机器人科学家系统作为广东“人工智能+”标杆案例亮相，成为全省AI攻坚关键材料、培育新质生产力的鲜活实践。依托国家级制造业中试平台，深圳先进院持续输出算力、行业数据集、自主实验硬件、定制化材料模型一站式服务，联动深圳、广州、东莞多地AI创新载体，形成跨区域协同的产业转化集群。
当前全球AI驱动科学研究赛道竞争加剧，国内多数技术方案仅停留在材料虚拟预测层面，难以落地真实制备环节，深圳先进院这套双模协同系统补齐行业短板，实现AI推理与机器人实操一体化自主研发，建成国内材料领域完整的具身智能技术体系。下一步，团队将持续拓宽机器人应用边界，向生命科学、精密检测等领域延伸，完善标准化模块化自主实验室方案，依托国家级中试平台扩大产业开放服务，联动上下游企业搭建完整产业生态，持续攻克高端材料“卡脖子”难题，以人机协同创新推动新材料产业自主自强。