AI 機器人一週研究 1000 種催化劑，生產力直逼博士生 4 年工作量
文章出處:https://buzzorange.com/techorange/2020/07/14/ai-robot-scientist/
【我們為什麼挑選這篇文章】在化學領域中，光催化劑（photocatalyst）指的是能夠加速光化學反應的催化劑，它可以重複利用、激發條件簡單、成本低，目前已被應用於能源領域的水解製氫、環境保護領域處理有機污染物等。
在最新一期《Nature》雜誌封面，有個 AI 機器人化學家自主研發了高活性的光催化劑混合物，其工作效率更是驚人，令科學界為之一亮。（責任編輯：賴佩萱）
靈活穿梭在化學實驗室的科學家，可能不是人類，而是 AI 機器人。
2019 年，利物浦大學研究團隊自研了一款 AI 機器人化學家。這款機器的外觀由一個固定基座和一個靈活機器臂構成，它可以使用精密的實驗室設備，獨立展開研究。
高效率 AI 機器人，一周產量等同博士生 4 年工作量
據瞭解，AI 機器人化學家在科研方面發揮了重要作用， 它可以完成數千種催化劑的篩查工作，並從中發現能夠提取氫元素的催化劑材料 ，更重要的是，它的效率非常驚人，可以在一週之內研究 1000 種催化劑配方，而這相當於一個博士生 4 年的工作量。當時這項新發明還登上了《Nature》封面。
昨天，我們在最新一期《Nature》封面上，再次發現了這位機器人化學家。不過，這一次是全新升級版，它不僅可以像人類一樣自由穿梭在實驗室設備之間，而且還可以一週工作 7 天，一天工作 21.5 小時，高強度不會累。僅剩下 2.5 小時還是用來充電，工作時長遠超人類。
最重要的是，它比人類還聰明自己發現了一種新型催化劑材料。
邁向自主階段的 AI 機器人化學家，犯錯機率比人類還低
利物浦大學研究團隊經過一年的研究改造，現在這位 AI 機器人化學家已具備人形特徵，身高 1.75 公尺，體重 400 公斤。雖然體重比較重，但是動作上一點也不顯笨重。此前，AI 化學家只能固定在基座上，透過靈活的手臂做試驗，而現在它可以在實驗室中有意識的靈活移動。
AI 機器人區別於人類的一大特色是，它的工作效率非常高，而且晝夜不停。在最近的一項研究中，這位化學家在 8 天內工作了 172 小時，移動了 319 次，完成了 6500 次操縱，相當於行走了 2.17 公里 ，而正常人類最長工作 88 小時，而且是超負荷工作狀態下。
另外，AI 機器人化學家能夠使用實驗室中的所有設備，不需要人為指導。該團隊的 Benjamin Burger 博士介紹， 它的思維可以達到 10 個維度，實驗室中所有的基礎任務它都可以獨立執行，比如稱量固體，分配液體，從容器中除去空氣，運行催化反應以及定量反應產物等 。
而這並不能夠成為一名意義上的化學家。之所稱 AI 機器人為化學家是因為它已經不僅侷限在機械的體力勞動，而是邁向了自主研究的階段。就在最近的試驗中，它首次發現了一種高活性的催化劑。
對此，實驗室負責人 Andy Cooper 教授介紹說：「它不止是實驗室中的一台機器，而是我們超強團隊中的成員。對於當前的 AI 機器人化學家，最大的挑戰是使系統堅固耐用。」
Benjamin Burger 博士介紹說：「如果要在長期的自主工作中，平穩地進行數千次的精細操作，每項任務的出錯率需要極低。但是一旦這樣的目標達成，與人類操作員相比，機器人犯的錯誤要少得多」。
AI 化學家試驗 688 次，發現高活性光催化劑
AI 機器人化學家是 Andy Cooper 實驗室與 Leverhulme 功能材料設計研究中心聯合開發的新項目，該中心一直希望通過現代電腦技術的力量，改變新材料的發現。
而這一點與庫珀教授不謀而合。我們知道，在生物、化學領域存在著數以億計的化合物分子，規模性和複雜性一直是實驗室難以攻克的問題。
庫珀教授團隊認為，機器人可以在這方面發揮獨特的優勢，它能夠透過 AI 技術在廣闊的、未經開發的化學空間進行高效探索，挖掘潛在的新型材料。由於樣品類型、儀器儀表和測量多樣性的要求，庫珀教授團隊開發 AI 機器人化學家主要用來搜索、篩查和發現能夠從水中提取氫氣的光催化劑。
最近，經過 688 次試驗後，AI 化學家首次發現了比原始配方活性高 6 倍的光催化劑混合物。
AI 化學家的大腦內置「貝葉斯算法」，進行 10 維度的空間搜索
那麼它是如何發現的呢？在本次試驗中，AI 機器人化學家的首要目的是不斷提高光催化劑 P10 / L-cysteine（半胱氨酸）系統的 HER（自動析出氫析出率）。在此，研究人員使用了五種假設對其進行了訓練。
在分解催化劑之前，它的基本工作流程是：將空的樣品瓶裝入固體分配站，然後在氣相層析儀台上裝載新樣品進行分析。最後根據得出的分析結果，將完成的樣品儲存在對應的輸入站中。
這裡要說明的是，AI 機器人的工作環境和設備與人類的並無不同，包括 GC、氣相層析儀、輸入站等，AI 機器人化學家能夠通過雷射掃描和觸摸反饋系統，對位置、儀器和藥物進行甄別和反饋。
研究人員介紹， 該試驗的關鍵在於 AI 化學家的大腦，內置了貝葉斯算法，它可以根據前一個實驗的結果，確定下一步最佳試驗方式，在經過反覆優化訓練之後，最終發現了這款高活性的新型光催化劑材料 。
據瞭解，實驗的複雜程度與變量數量成指數關係，我們人類往往因為處理變量數量較少，而侷限在狹窄的搜索範圍內，而 此次 AI 機器人化學家的探索空間包含了十一個變量，這相當於機器人大腦在 10800 萬個候選實驗的 10 維空間內進行搜索 。
不過，需要強調的是，AI 機器人出色的性能表現，其意圖並非超越人類，而是輔助人類更好的完成研發工作。庫珀教授表示，「我們研發的戰略目標是使研究人員自動化，而不是使儀器自動化。AI 機器人的靈活性和創造性，有助於解決問題和改變工作方式，為人類研究人員騰出更多時間進行創造性思考。」
（本文經合作夥伴 Knowing 授權轉載，並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題，原文標題為 〈這個可靈活移動的機器人，每天工作 21.5 小時，8 天自主發現新型催化劑材料！〉。）
