“这个技术看着挺酷!”

  “科研民工们的噩梦!”

  “请区分化学实验员和化学科研工作者!”

  ……

  7月8日,《自然》杂志一篇题为《移动的机器人化学家》的封面文章引发热议。

  论文介绍了英国利物浦大学的科研人员成功研发了一款AI(人工智能)化学家。文章称,这个身高1.75米的AI化学家在8天时间里独立完成了668个实验,并研发出一种全新的化学催化剂。

  “类似的AI机器人目前集中分布在欧美地区,数量屈指可数。”新松机器人公司人工智能团队负责人王晓东告诉《中国科学报》,“我国深圳正在建设一座自动化‘生物工厂’,建成后将有成套的自动化设备取代传统人工作业。”

  “只是个化学实验员”

  论文提到,机器人可以独立执行实验中的所有任务,例如称量固体、分配液体、从容器中除去空气、运行催化反应以及定量反应产物。

  “实验室很需要这样的机器人。”王晓东说,“以实验人员操作的滴剂实验为例,难免会存在误差以及实验记录的缺失。由机器人来操作的话,不仅可以提高实验效率,保证实验记录的完整性,还可以实现检测结果的可追溯性。”

  “机器人只是个化学实验员而已。”一位科研工作者指出,“很多创造性的实验成果来自失败的实验,而机器人无法主观重视失败的实验。”言外之意是,科研人员更擅长从失败中吸取教训,找到通往成功的道路。

  “这类机器人可以胜任部分实验性岗位,但胜任真正的科研性岗位还比较困难。”北京大学前沿计算研究中心执行主任陈宝权告诉《中国科学报》,“机器人做的还不是真正意义上的科研工作。”

  华东师范大学生命科学学院研究员叶海峰在接受《中国科学报》采访时表示:“机器人主要是为了减少人力,让机器做些劳动密集性的实验,这也是未来实验室发展的一个趋势。”

  他举了一个例子,比如高通量实验筛选属于劳动密集型实验,更适合机器人做。换言之,原创性的科研工作还是要靠人脑,重复性、流程性工作可以交给机器人。

  “由科研人员来调度”

  再厉害的机器人也是由人制造出来的。上海科技大学教授杨旸在称赞AI化学家很牛的同时,也发现这个机械臂系统还不能自主设计和执行创造性的科学实验,它相当于一套先进的“硬件在环”自动仿真系统。

  他进一步解释道: “科学家们把完整的化学实验过程和结果评判标准实现了数字化和自动化,再通过智能硬件和软件算法的精密组合及综合设计,构建了这套移动式、跨领域的自动仿真系统。精准的流程控制、智能算法和定位技术让机械臂可以不知疲倦、准确地操作一些自动化程度很高的仪器设备,高效率地完成科研人员提前制定的复杂实验任务。”

  “AI化学家问世的背后离不开科研人员的知识积累,主体是由科研人员来驾驭自动化系统,进而操控机器人。”王晓东说,“这是一套整体解决方案,一间实验室也许一套机器人系统足够,如果是一层甚至一栋楼的试验平台,那么就需要更复杂的操作系统,由科研人员来设计和调度。”

  当记者问及如果机器人在实验室里普及,科研人员会下岗吗?中国科学院深圳先进技术研究院(以下简称深圳先进院)研究员喻学锋告诉《中国科学报》:“机器人确实厉害,但当前他们只能在操作上部分代替科研人员的手,数据上部分代替科研人员的脑,在逻辑和物理模型上能完全代替人脑还需时日。”

  对此,王晓东表示赞同:“尽管目前我们处于人机共融的发展阶段,但机器人毕竟还不可以完全代替人。”

  论文提及,机器人研发出一种全新的化学催化剂。从事材料研究的喻学锋推测道:“机器人再厉害也没办法买一个新的材料回来用,材料本身还是科研人员放在实验室里的,机器人的工作是对配方的创新,从而筛选出一个活性最好的催化剂。”

  筹建自动化“生物工厂”

  2018年,深圳市政府宣布筹建合成生物研究重大科技基础设施,项目设备总投资近10亿元,由深圳先进院牵头建设,这也是合成生物领域全球首个大科学装置。

  为什么要在合成生物学领域筹建大科学装置?可以通过一组数据来看看合成生物设施的效率到底有多高:美国伊利诺伊大学香槟分校的合成生物设施每天可建造多达1000个特定序列蛋白,每个造价不到3美元,成本仅为人工制造的千分之三;英国爱丁堡合成生物设施每周可处理2000多个DNA组装反应,产量是人工作业的20倍。

  据了解,合成生物往往具有高度复杂性,这决定了其需要海量的工程化试错性实验,能够快速、低成本、多循环地完成“设计—构建—测试—学习”的闭环。全部由人来操作的话显然很难实现,该大科学装置首席科学家、深圳先进院合成生物学研究所所长刘陈立将其称作自动化“生物工厂”。

  他解释道,如果说合成生物学研究是像组装机器一样组配生物,那么正在筹建的大科学装置便是将这个组配过程由劳动密集型的人工作业,转变为大规模自动化的机器生产。

  预计到2023年,合成生物研究重大科技基础设施将进入试运行调试阶段。“目前,国内还没有成套的实验室机器人的解决方案,国际上也没有较为成熟的解决方案。”中国科学院合肥物质科学院智能机械研究所所长王容川告诉《中国科学报》。

  究其原因,他认为:“由于实验室的科研方向和实验设置、以及相关仪器存在较大的差异,因此通用型科研机器人的需求较少,一般需要根据实验室条件进行定制化设计和建造,周期和成本较高。”

  王容川还指出,国内实验室对专机改造的需求远大于机器人需求。由于单个的检测设备尚不具备智能化的功能,实验室设备的上下样自动化和智能化分析的需求较大,因此使用机器人技术实现整个实验的自动化和智能化可能性不大。



(来源:中国科学报)

2020年07月13日

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