AI 机器人一周研究 1000 种催化剂，生产力直逼博士生 4 年工作量
文章出处:https://buzzorange.com/techorange/2020/07/14/ai-robot-scientist/
【我们为什么挑选这篇文章】在化学领域中，光催化剂（photocatalyst）指的是能够加速光化学反应的催化剂，它可以重复利用、激发条件简单、成本低，目前已被应用于能源领域的水解制氢、环境保护领域处理有机污染物等。
在最新一期《Nature》杂志封面，有个 AI 机器人化学家自主研发了高活性的光催化剂混合物，其工作效率更是惊人，令科学界为之一亮。（责任编辑：赖佩萱）
灵活穿梭在化学实验室的科学家，可能不是人类，而是 AI 机器人。
2019 年，利物浦大学研究团队自研了一款 AI 机器人化学家。这款机器的外观由一个固定基座和一个灵活机器臂构成，它可以使用精密的实验室设备，独立展开研究。
高效率 AI 机器人，一周产量等同博士生 4 年工作量
据了解，AI 机器人化学家在科研方面发挥了重要作用， 它可以完成数千种催化剂的筛查工作，并从中发现能够提取氢元素的催化剂材料 ，更重要的是，它的效率非常惊人，可以在一周之内研究 1000 种催化剂配方，而这相当于一个博士生 4 年的工作量。当时这项新发明还登上了《Nature》封面。
昨天，我们在最新一期《Nature》封面上，再次发现了这位机器人化学家。不过，这一次是全新升级版，它不仅可以像人类一样自由穿梭在实验室设备之间，而且还可以一周工作 7 天，一天工作 21.5 小时，高强度不会累。仅剩下 2.5 小时还是用来充电，工作时长远超人类。
最重要的是，它比人类还聪明自己发现了一种新型催化剂材料。
迈向自主阶段的 AI 机器人化学家，犯错机率比人类还低
利物浦大学研究团队经过一年的研究改造，现在这位 AI 机器人化学家已具备人形特征，身高 1.75 公尺，体重 400 公斤。虽然体重比较重，但是动作上一点也不显笨重。此前，AI 化学家只能固定在基座上，透过灵活的手臂做试验，而现在它可以在实验室中有意识的灵活移动。
AI 机器人区别于人类的一大特色是，它的工作效率非常高，而且昼夜不停。在最近的一项研究中，这位化学家在 8 天内工作了 172 小时，移动了 319 次，完成了 6500 次操纵，相当于行走了 2.17 公里 ，而正常人类最长工作 88 小时，而且是超负荷工作状态下。
另外，AI 机器人化学家能够使用实验室中的所有设备，不需要人为指导。该团队的 Benjamin Burger 博士介绍， 它的思维可以达到 10 个维度，实验室中所有的基础任务它都可以独立执行，比如称量固体，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等 。
而这并不能够成为一名意义上的化学家。之所称 AI 机器人为化学家是因为它已经不仅侷限在机械的体力劳动，而是迈向了自主研究的阶段。就在最近的试验中，它首次发现了一种高活性的催化剂。
对此，实验室负责人 Andy Cooper 教授介绍说：「它不止是实验室中的一台机器，而是我们超强团队中的成员。对于当前的 AI 机器人化学家，最大的挑战是使系统坚固耐用。」
Benjamin Burger 博士介绍说：「如果要在长期的自主工作中，平稳地进行数千次的精细操作，每项任务的出错率需要极低。但是一旦这样的目标达成，与人类操作员相比，机器人犯的错误要少得多」。
AI 化学家试验 688 次，发现高活性光催化剂
AI 机器人化学家是 Andy Cooper 实验室与 Leverhulme 功能材料设计研究中心联合开发的新项目，该中心一直希望通过现代电脑技术的力量，改变新材料的发现。
而这一点与库珀教授不谋而合。我们知道，在生物、化学领域存在着数以亿计的化合物分子，规模性和复杂性一直是实验室难以攻克的问题。
库珀教授团队认为，机器人可以在这方面发挥独特的优势，它能够透过 AI 技术在广阔的、未经开发的化学空间进行高效探索，挖掘潜在的新型材料。由于样品类型、仪器仪表和测量多样性的要求，库珀教授团队开发 AI 机器人化学家主要用来搜索、筛查和发现能够从水中提取氢气的光催化剂。
最近，经过 688 次试验后，AI 化学家首次发现了比原始配方活性高 6 倍的光催化剂混合物。
AI 化学家的大脑内置「贝叶斯算法」，进行 10 维度的空间搜索
那么它是如何发现的呢？在本次试验中，AI 机器人化学家的首要目的是不断提高光催化剂 P10 / L-cysteine（半胱氨酸）系统的 HER（自动析出氢析出率）。在此，研究人员使用了五种假设对其进行了训练。
在分解催化剂之前，它的基本工作流程是：将空的样品瓶装入固体分配站，然后在气相层析仪台上装载新样品进行分析。最后根据得出的分析结果，将完成的样品储存在对应的输入站中。
这里要说明的是，AI 机器人的工作环境和设备与人类的并无不同，包括 GC、气相层析仪、输入站等，AI 机器人化学家能够通过雷射扫描和触摸反馈系统，对位置、仪器和药物进行甄别和反馈。
研究人员介绍， 该试验的关键在于 AI 化学家的大脑，内置了贝叶斯算法，它可以根据前一个实验的结果，确定下一步最佳试验方式，在经过反复优化训练之后，最终发现了这款高活性的新型光催化剂材料 。
据了解，实验的复杂程度与变量数量成指数关系，我们人类往往因为处理变量数量较少，而侷限在狭窄的搜索范围内，而 此次 AI 机器人化学家的探索空间包含了十一个变量，这相当于机器人大脑在 10800 万个候选实验的 10 维空间内进行搜索 。
不过，需要强调的是，AI 机器人出色的性能表现，其意图并非超越人类，而是辅助人类更好的完成研发工作。库珀教授表示，「我们研发的战略目标是使研究人员自动化，而不是使仪器自动化。AI 机器人的灵活性和创造性，有助于解决问题和改变工作方式，为人类研究人员腾出更多时间进行创造性思考。」
（本文经合作夥伴 Knowing 授权转载，并同意 TechOrange 编写导读与修订标题，原文标题为 〈这个可灵活移动的机器人，每天工作 21.5 小时，8 天自主发现新型催化剂材料！〉。）
