日本現(xiàn)代機(jī)器人之父大阪大學(xué)教授石黑浩曾經(jīng)表示，“人類的進(jìn)化有兩種方式，一種是基因進(jìn)化，還有一種是技術(shù)進(jìn)化。而在他看來，技術(shù)層面的進(jìn)化比基因?qū)用娴倪M(jìn)化要快很多?！?/p>
而他說提到的技術(shù)層面，就是指未來機(jī)器人會(huì)代替人類的軀干，幫助人類進(jìn)行行動(dòng)。
雖然我們?cè)陔娪爸谢蛩瘔?mèng)里無數(shù)次看到過這種場(chǎng)景，但是，當(dāng)人工智能機(jī)器人真的發(fā)展到這個(gè)地步，我們不免感嘆，未來自己還能做什么？
近日，來自利物浦大學(xué)的研究人員，成功的開發(fā)了一款人工智能機(jī)器人化學(xué)家。
這款機(jī)器人化學(xué)家具有人形特征，可以在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室中自己工作，像人類一樣使用各種實(shí)驗(yàn)儀器。然而，與人類不同的是，這種機(jī)器人具有無限的耐心，可以同時(shí)考慮數(shù)十個(gè)維度的變量，每天工作 21.5 個(gè)小時(shí)，剩下的時(shí)間用于暫停充電。
更重要地是，這種機(jī)器人可以獨(dú)立思考，自主完成一系列的實(shí)驗(yàn)操作。在第一次測(cè)試中，這個(gè) 1.75 米高的 AI 機(jī)器人在 8 天時(shí)間里獨(dú)立完成了 668 個(gè)實(shí)驗(yàn)，并研發(fā)出了一種全新的化學(xué)催化劑。這一重磅成果，以封面文章的形式發(fā)表在最新一期的 Nature 雜志上。
對(duì)此，本次研究的領(lǐng)導(dǎo)者、利物浦大學(xué)化學(xué)和材料系教授 Andrew Cooper 教授表示，“我們的想法是讓科研流程化，而不是讓機(jī)器流程化。人工智能實(shí)驗(yàn)機(jī)器人的出現(xiàn)，可以讓我們的工作更靈活。它改變了我們工作的方式，它不僅是實(shí)驗(yàn)室的一臺(tái)機(jī)器，也是一個(gè)具有超能力的實(shí)驗(yàn)伙伴，它為人類騰出時(shí)間來進(jìn)行創(chuàng)造性的思考?！?/p>
永遠(yuǎn)不會(huì)累的 AI 化學(xué)家
根據(jù)研究人員介紹，這款機(jī)器人化學(xué)家，可以獨(dú)立執(zhí)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的所有任務(wù)，例如稱量固體、分配液體、從容器中除去空氣，運(yùn)行催化反應(yīng)以及定量反應(yīng)產(chǎn)物等，甚至它還可以對(duì)下一步需要進(jìn)行什么化學(xué)實(shí)驗(yàn)作出自己的決定。所有的這些實(shí)驗(yàn)都是在實(shí)驗(yàn)室中，由機(jī)器人本身來操作實(shí)驗(yàn)工具來完成。
而且，這種機(jī)器人具有類似于人類的尺寸和可觸及范圍，因此可以使用專為人類操作而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。它結(jié)合了激光掃描和觸摸反饋來進(jìn)行定位，可以在實(shí)驗(yàn)室自由走動(dòng)，執(zhí)行各種任務(wù)。某種意義上來說，它就像人類研究員一樣，可以使用各種各樣的儀器。
這種機(jī)器人功能如此強(qiáng)大，離不開研究人員為其設(shè)計(jì)的強(qiáng)大的人工智能算法。這種機(jī)器人的大腦，根據(jù)前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，對(duì) 10 個(gè)維度的變量進(jìn)行分析，可以在實(shí)驗(yàn)室中從 1 億多個(gè)候選化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，確定下一步要進(jìn)行的最佳實(shí)驗(yàn)。
因此，在第一次測(cè)試中，這種機(jī)器人便在沒有任何研究人員的指導(dǎo)下，8 天內(nèi)進(jìn)行了 688 次實(shí)驗(yàn)，工作了 192 個(gè)小時(shí)，進(jìn)行了 319 次移動(dòng)，完成了 6500 次儀器操作，并自主發(fā)現(xiàn)了一種活性非常高的催化劑。
啥都會(huì)使，啥都會(huì)做，關(guān)鍵是還有腦子
對(duì)此，本次研究中參與機(jī)器人算法研究的 Benjamin Burger 博士表示，“在研發(fā)機(jī)器人的時(shí)候，最大的挑戰(zhàn)就是如何讓這個(gè)機(jī)器人的大腦耐用。因?yàn)闄C(jī)器人需要在多日內(nèi)自主進(jìn)行工作，并進(jìn)行數(shù)千次精細(xì)操作，因此每項(xiàng)任務(wù)中，機(jī)器人的失敗率必須極低。但一旦機(jī)器人完成了這些實(shí)驗(yàn)，與人類相比，它所犯的錯(cuò)誤是一定會(huì)少很多?！?/p>
同時(shí)，研究人員還表示，這種機(jī)器人可以解決目前我們無法掌握的大規(guī)模和復(fù)雜性實(shí)驗(yàn)問題。例如，自主機(jī)器人可以通過自動(dòng)搜索廣闊的、未開發(fā)的化學(xué)空間來尋找清潔能源材料或新藥配方。
重塑化學(xué)研發(fā)的未來
事實(shí)上，這并不是人類創(chuàng)造出來的第一個(gè)人工智能化學(xué)機(jī)器人。
例如 2018 年，來自格拉斯哥大學(xué)的研究人員就訓(xùn)練出了一個(gè)由人工智能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)合成機(jī)器人，從而使探索大量化學(xué)反應(yīng)的過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。該研究同樣發(fā)表在 Nature 雜志上。研究人員當(dāng)時(shí)表示，這項(xiàng)新技術(shù)能夠變革分子的發(fā)現(xiàn)方式。
只不過與這次 Nature 封面的自主機(jī)器人化學(xué)家不同，當(dāng)時(shí)的這套機(jī)器人系統(tǒng)在一定程度上只能算是一個(gè)人工智能反應(yīng)器。
格拉斯哥大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)使用這個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)，對(duì) 18 種不同的起始化學(xué)物質(zhì)組合而成的約 1000 個(gè)反應(yīng)進(jìn)行了搜索，從而展示了該系統(tǒng)的潛力。
令人驚訝的結(jié)果是，僅在探索了大約 100 種可能的化學(xué)反應(yīng)之后，機(jī)器人系統(tǒng)就能以超過 80% 的準(zhǔn)確度來預(yù)測(cè)應(yīng)該搜索哪些起始化學(xué)物質(zhì)的組合，從而產(chǎn)生新的反應(yīng)和分子。
而就在上個(gè)月，來自北卡羅萊納州立大學(xué)和布法羅大學(xué)的研究人員也開發(fā)了一項(xiàng)“人工化學(xué)家”的技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合了人工智能（AI）和執(zhí)行化學(xué)反應(yīng)的自動(dòng)化系統(tǒng)，能夠加速研發(fā)和生產(chǎn)商業(yè)所需的新化學(xué)材料。
值得一提的是，這位人工化學(xué)家不僅有一個(gè)執(zhí)行實(shí)驗(yàn)并感知實(shí)驗(yàn)結(jié)果的“本體”，還有一個(gè)記錄數(shù)據(jù)并利用它來決定下一個(gè)實(shí)驗(yàn)是什么的“大腦”。
為了進(jìn)行概念驗(yàn)證測(cè)試，人工化學(xué)家’的身體整合了實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的自動(dòng)化納米晶體工廠和納米流體合成平臺(tái)。人工化學(xué)家的大腦是一個(gè) AI 程序，它通過識(shí)別和探索本體正在合成的材料形成獨(dú)特的數(shù)據(jù)，并利用這些數(shù)據(jù)對(duì)下一組的實(shí)驗(yàn)條件做出自主決定。
不得不說，以往的人工智能大部分生活在硬盤和內(nèi)存里，人工化學(xué)家則突破了“次元壁”，能直接將自己的“想法”在現(xiàn)實(shí)世界中通過物理手段來驗(yàn)證。
正如北卡羅萊納州立大學(xué)化學(xué)和生物分子工程學(xué)的助理教授 Abolhasani 所說，“人工化學(xué)家就像一個(gè)真正的自主導(dǎo)航系統(tǒng)，在紛繁復(fù)雜的化學(xué)宇宙里穿梭?！?/p>
“我相信由人工化學(xué)家實(shí)現(xiàn)的自主材料研發(fā)可以重塑材料開發(fā)和制造的未來。”Abolhasani 說。
最后，一起來看下 AI 化學(xué)家的表演~
活脫脫一只不會(huì)喊累的實(shí)驗(yàn)民工（視頻來源：利物浦大學(xué)）
資料來源：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2442-2
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-07/uol-lrb070620.php
https://news.ncsu.edu/2020/06/artificial-chemist/
Robert W. Epps, Michael S. Bowen, Amanda A. Volk, Kameel Abdel‐Latif, Suyong Han, Kristofer G. Reyes, Aram Amassian, Milad Abolhasani. Artificial Chemist: An Autonomous Quantum Dot Synthesis Bot.?Advanced Materials, 2020; 2001626 DOI: 10.1002/adma.202001626
