卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員在 12 月 21 日出版的《自然》（Nature）雜志上報告說，一個非有機(jī)智能系統(tǒng)首次設(shè)計、規(guī)劃并執(zhí)行了一個化學(xué)實驗?？▋?nèi)基梅隆大學(xué)的人工智能系統(tǒng) Coscientist 成功地自動完成了復(fù)雜的諾貝爾獲獎化學(xué)反應(yīng)，標(biāo)志著人工智能驅(qū)動的科學(xué)研究和實驗取得了突破性進(jìn)展。

“我們預(yù)計，用于自主科學(xué)實驗的智能代理系統(tǒng)將帶來巨大的發(fā)現(xiàn)、不可預(yù)見的療法和新材料。”卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究團(tuán)隊在論文中寫道：”雖然我們無法預(yù)測這些發(fā)現(xiàn)會是什么，但我們希望看到人類與機(jī)器之間的協(xié)同合作關(guān)系能帶來一種新的研究方式。”

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員在 12 月 21 日出版的《自然》（Nature）雜志上報告說，一個非有機(jī)智能系統(tǒng)首次設(shè)計、規(guī)劃并執(zhí)行了一項化學(xué)實驗。資料來源：卡內(nèi)基梅隆大學(xué)

將人工智能與化學(xué)融為一體

該系統(tǒng)名為”協(xié)作科學(xué)家”（Coscientist），由化學(xué)與化學(xué)工程助理教授加布-戈麥斯（Gabe Gomes）和化學(xué)工程博士生丹尼爾-博伊科（Daniil Boiko）及羅伯特-麥克奈特（Robert MacKnight）設(shè)計。它使用大型語言模型（LLM），包括 OpenAI 的 GPT-4 和 Anthropic 的 Claude，通過簡單明了的語言提示來執(zhí)行整個實驗過程。

例如，科學(xué)家可以要求 Coscientist 找到一種具有給定特性的化合物。系統(tǒng)會搜索互聯(lián)網(wǎng)、文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和其他可用資源，綜合信息，并選擇一個使用機(jī)器人應(yīng)用編程接口（API）的實驗方案。然后將實驗計劃發(fā)送給自動儀器并由其完成?？傊c系統(tǒng)一起工作的人類設(shè)計和運(yùn)行實驗的速度、準(zhǔn)確性和效率要比人類單獨(dú)工作高得多。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)云實驗室是一個遠(yuǎn)程操作的自動化實驗室，研究人員可以使用 200 多臺科學(xué)設(shè)備。資料來源：卡內(nèi)基梅隆大學(xué)

美國國家科學(xué)基金會（NSF）化學(xué)部主任大衛(wèi)-伯科威茨（David Berkowitz）說：”除了他們的系統(tǒng)所展示的化學(xué)合成任務(wù)之外，戈麥斯和他的團(tuán)隊還成功地合成了一種超高效的實驗室伙伴。他們把所有部件組合在一起，最終的結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了各部分的總和–它可以用于真正有用的科學(xué)目的。”

具體來說，在《自然》雜志的論文中，研究小組展示了Coscientist可以規(guī)劃已知化合物的化學(xué)合成；搜索和瀏覽硬件文檔；使用文檔在被稱為云實驗室的自動化實驗室中執(zhí)行高級命令；控制液體處理儀器；完成需要使用多個硬件模塊和不同數(shù)據(jù)源的科學(xué)任務(wù)；以及通過分析以前收集的數(shù)據(jù)解決優(yōu)化問題。

擴(kuò)大獲得先進(jìn)科學(xué)研究的機(jī)會

“使用 LLM 將幫助我們克服使用自動化實驗室的最主要障礙之一：編程能力，”Gomes 說。”如果科學(xué)家能用自然語言與自動化平臺互動，我們就能向更多人開放這個領(lǐng)域。”

這包括那些無法使用通常只有頂級大學(xué)和機(jī)構(gòu)才有的先進(jìn)科研儀器的學(xué)術(shù)研究人員。遠(yuǎn)程控制的自動化實驗室，通常被稱為云實驗室或自駕車實驗室，為這些科學(xué)家?guī)砹耸褂脵C(jī)會，實現(xiàn)了科學(xué)的民主化。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)云實驗室是一個遠(yuǎn)程操作的自動化實驗室，可讓研究人員使用 200 多臺科學(xué)設(shè)備。資料來源：卡內(nèi)基梅隆大學(xué)

合作努力與未來展望

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員與翡翠云實驗室（Emerald Cloud Lab，簡稱 ECL）的本-克萊恩（Ben Kline）合作，證明 Coscientist 可用于在自動化機(jī)器人實驗室中執(zhí)行實驗。

ECL聯(lián)合創(chuàng)始人兼聯(lián)合首席執(zhí)行官布萊恩-弗萊扎（Brian Frezza）說：”戈麥斯教授和他的團(tuán)隊在這里的開創(chuàng)性工作不僅證明了自動駕駛實驗的價值，還開創(chuàng)了一種利用云實驗室技術(shù)與更廣泛的科學(xué)界分享工作成果的新方法。”

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)與 ECL 合作，將于 2024 年初在一所大學(xué)開設(shè)首個云實驗室。卡內(nèi)基梅隆大學(xué)云實驗室將為該大學(xué)的研究人員及其合作者提供 200 多臺設(shè)備。戈麥斯計劃繼續(xù)開發(fā)《自然》論文中描述的技術(shù)，以便在未來與卡內(nèi)基梅隆大學(xué)云實驗室和其他自動駕駛實驗室一起使用。

加布-戈麥斯（Gabe Gomes）是卡內(nèi)基梅隆大學(xué)化學(xué)和化學(xué)工程助理教授，他和團(tuán)隊創(chuàng)建了一個可以設(shè)計、規(guī)劃和執(zhí)行科學(xué)實驗的智能系統(tǒng)–Coscientist。資料來源：卡內(nèi)基梅隆大學(xué)喬納-拜爾（Jonah Bayer

提高研究的可追溯性和可重復(fù)性

Coscientist 實際上還打開了實驗的”黑盒子”。該系統(tǒng)跟蹤并記錄研究的每一步，使研究工作完全可追溯和可重現(xiàn)。

美國國家科學(xué)基金會化學(xué)創(chuàng)新中心項目主任凱西-科弗特（Kathy Covert）說：”這項工作展示了化學(xué)領(lǐng)域的兩種新興工具–人工智能和自動化–如何整合成一種更強(qiáng)大的工具。像 Coscientist 這樣的系統(tǒng)將啟用新的方法來快速改進(jìn)我們合成新化學(xué)品的方式，而且這些系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)集將是可靠的、可復(fù)制的、可重現(xiàn)的，并可被其他化學(xué)家重復(fù)使用，從而擴(kuò)大其影響力。”

解決安全和倫理問題

對 Gomes 而言，圍繞 LLM 的安全問題，尤其是與科學(xué)實驗相關(guān)的安全問題至關(guān)重要。在論文的輔助信息中，戈麥斯的團(tuán)隊調(diào)查了人工智能被脅迫制造危險化學(xué)品或受控物質(zhì)的可能性。

“我相信人工智能科學(xué)所能帶來的積極影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于消極影響。但我們有責(zé)任承認(rèn)可能會出現(xiàn)的問題，并提供解決方案和故障保險，”戈麥斯說。

作者在論文中寫道：”通過確保以合乎道德和負(fù)責(zé)任的方式使用這些強(qiáng)大的工具，我們可以繼續(xù)探索大型語言模型在推進(jìn)科學(xué)研究方面的巨大潛力，同時降低與濫用這些工具相關(guān)的風(fēng)險。”

參考文獻(xiàn)：《大型語言模型的自主科研能力》，2023 年 12 月 20 日，《自然》雜志。

DOI: 10.1038/s41586-023-06792-0

編譯來源：ScitechDaily