机器化学家或将激发化学研究的重大变革

自动化与人工智能对实验科学的冲击,不仅会激发科学的加速发展,也会给科学家带来危机与挑战。

不知疲倦的“肌肉”与“大脑”

生活中,7*24的模式给我们带来了很多便利。比如日常生活中的便利店、自助取款机和加油站,让我们在白天和夜晚的任何时候,都可以体验购物、取款、加油等服务。

现如今,7*24的步伐已经迈入科学研究领域。你知道吗,最新一代的“科学家”也可以7*24小时不间断工作了呢?是的,你没有想错,它就是机器人科学家。

机器化学家或将激发化学研究的重大变革
机器化学家正在转移化学反应。图源: 利物浦大学

这个400公斤重的“大胖子”不仅有无穷无尽的耐心,每天可以工作21.5小时,还能够从10个维度思考问题。它具有人形特征,可以在常规实验室中,像真正的研究人员一样使用各种仪器,进行实验工作。此外,让人称奇的是,它可以自主研究和自主决定,推动科研工作的进展。

机器化学家或将激发化学研究的重大变革
图源: 阿里云

其实,人们之前就曾使用过机器人进行化学研究,只不过那个时候它们被固定连接到特定的实验上。

此次这个身高1.75米的机器人科学家,在实验室中并没有被固定位置。它通过激光扫描和触摸反馈进行定位,在实验室中自由移动,执行各种各样的任务。

有投入就有产出。这个机器人科学家,在8天时间内完成了688次实验,在192个小时内它工作了172个小时,这种工作强度可能也只有机器可以承受。同时,在这段工作时间内,它一共移动了319次,完成了6500次操作,总共移动了2.17公里。

不仅如此,在实验进行的过程中,它可以通过上一步的实验结果,在“大脑”中从10个维度出发,在9800万候选实验中,自主确定下一步的实验方案。

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图源: 阿里云

最终,它选择的方案,成功地发现了一种活性较高的催化剂。该催化剂的活性有多高呢?和一个没有得到任何指导的科研小组相比,机器人科学家自主研发的催化剂活性比该科研团队研发出来的催化剂的活性高6倍。

该研究团队的目标,并不是实现仪器自动化,而是实现研究人员自动化,可以更大程度上灵活地改变研究方式以及解决问题的模式。因为,它不仅仅是实验室中的一台机器,而是一支具有超能力的创新团队。 

现实意义

化学的研究,长久以来被认为是一种“尝试”的科学 (chem is try)。然而,仅仅是尝试,即使持续不断地迭代,也并不能带来真正的可持续发展。自动化与人工智能对实验科学的冲击,不仅会激发科学的加速发展,也会给科学家带来危机与挑战。

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图源: Pixabay

对合成化学家来说,这种挑战尤为艰巨。一方面,实验室的研究大部分为纯粹的肌肉运动,而成果的产出,则越来越依靠巧妙而精细的设计;另一方面,实验化学的进展已赶不上算法的迭代,而后者将会成为“巧妙而精细的设计”的第一动力。

变革就在眼前。化学家们,准备好了吗?

参考文献:

  1. Burger, B. et al. “A mobile robotic chemist”, Nature, 2020, 583, 237-241.
  2. “Liverpool researchers build robot scientist that has already discovered a new catalyst”, EurekAlert! from University of Liverpool, July 8, 2020.

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