https://technews.tw/2020/07/13/a-mobile-robotic-chemist/
靈活穿梭實驗室的科學家，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一款 AI 機器人化學家。外觀由固定基座和一隻靈活機器手臂構成，可使用精密的實驗室裝置，獨立研究。
據了解，AI 機器人化學家在研究方面發揮重要作用，可完成數千種催化劑篩查，並發現可擷取氫的催化劑材料，更重要的是效率驚人，可在一週內研究 1 千種催化劑配方，這相當於一名博士生 4 年的工作量。當時這發明還登上《Nature》封面。
最新一期《Nature》封面再次發現這位機器人化學家，不過是全新升級版，不僅可像人類自由穿梭於實驗室，且還能一週工作 7 天，一天工作 21.5 小時，高強度不會累。餘下 2.5 小時還是用來充電，工作時長遠超過人類。
最重要的是，它比人類還聰明，自己發現一種新型催化劑材料。
聰明又能幹的機器人化學家
利物浦大學研究團隊經過一年研究改造，現在 AI 機器人化學家已具備人形特徵，身高 175 公分，體重 400 公斤。雖然體重較重，但動作一點也不笨重。之前 AI 化學家只能固定位置，透過靈活的手臂做實驗，現在它可以自己滑動了。
AI 機器人與人類最大差別是，工作效率非常高，且晝夜不停。最近的研究，這位化學家 8 天工作 172 小時，移動 319 次，完成 6,500 次操縱，相當於走了 2.17 公里，正常人類最長工作 88 小時，還是超負荷狀態。
▲ 不分晝夜，活脫脫的工具人。
另外，AI 機器人化學家能使用實驗室所有裝置，不需要指導。成員之一班傑明‧伯格（Benjamin Burger）博士介紹，它的思考可達到 10 個維度，實驗室所有基礎工作都能獨立執行，如秤量固體，配置液體，除去容器空氣，執行催化反應及定量反應產物等。
這雖然還不能成為真正意義的化學家。稱 AI 機器人為化學家是因為它不局限在機器勞動，而邁向自主研究階段。最近的實驗，它首次發現一種高活性催化劑。
實驗室負責人安迪‧庫珀（Andy Cooper）教授介紹，「它不只是實驗室機器，而是超強團隊成員」。
目前最大的挑戰是讓系統堅固耐用。伯格說：「如果要長期自主工作，平穩進行數千次精細操作，每項工作的出錯率要極低。但一旦目標達成，與人類操作員相比，機器人犯的錯要少得多。」
自主發現高活性催化劑
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計畫，一直希望透過現代電腦技術的力量改變新材料的發現過程。
這點與庫珀不謀而合。我們知道，生物、化學領域有數以億計的化合物分子，規模和複雜性一直是實驗室難以克服的問題。
庫珀團隊認為，機器人可在這方面發揮獨特優勢，透過 AI 技術在廣闊、未經開發的化學空間高效探索，挖掘潛在新型材料。由於樣品類別、儀器和測量多樣性的要求，庫珀團隊開發 AI 機器人化學家主要用來搜索、篩查和發現能從水中擷取氫氣的光催化劑。
最近經過 688 次實驗後，AI 化學家首次發現比原始配方活性高 6 倍的光催化劑混合物。
它是如何發現的？AI 機器人化學家首要目的是不斷提高光催化劑 P10 / L-cysteine（半胱氨酸）系統的 HER（自動析出氫氣率）。研究人員使用 5 種假設訓練它。
分解催化劑之前，它的基本工作流程是：將空樣品瓶載入固體配置站，然後在氣相色譜儀台裝上新樣品分析。最後根據結果，將完成樣品存入對應的輸入站。
AI 機器人的工作環境和裝置與人類並無不同，包括 GC、氣相色譜儀、輸入站等，AI 機器人化學家能透過雷射掃描和觸摸回饋系統甄選和回饋位置、儀器和藥物。
研究人員介紹，試驗關鍵在於 AI 化學家內建貝葉斯搜索演算法，但根據前一次實驗結果確定下一步最佳試驗方式，經過優化訓練後，最終發現這款高活性新型光催化劑材料。
據了解，實驗的複雜程度與變數成級數關係，人類往往因處理變數較少，局限在狹窄範圍內，AI 機器人化學家的探索空間包含 11 個變數，相當於機器人大腦在 10,800 萬個候選實驗的 10 維空間搜索。
要強調的是，AI 機器人出色的效能表現，並非為了超越人類，而是輔助人類完成研發。庫珀表示，「研發戰略目標是使研究人員自動化，而不是使儀器自動化。AI 機器人的彈性和創造性，有助於解決問題和改變工作方式，為研究人員挪出更多時間創造性思考。」
| 作者 雷鋒網 | 發布日期 2020 年 07 月 13 日 |
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