机器人|科学家的终极目标……是让自己失业?

不久前 , 一台实验机器人登上 Nature封面 , 展示了 8 天做完 688 个实验的超强“战斗力” 。 不过机器人科学家们有更远大的目标 , 他们希望机器人能表现出更强的主动性 , 不断提出和验证假设 , 到 2050 年获得独立做出诺奖级研究成果的能力 。
机器人|科学家的终极目标……是让自己失业?
图片来源:Pixabay
来源 Discover Magazine
撰文 Jennifer Walter
翻译 阿金
编辑 戚译引
最开始 , 先有了亚当 。 我们这里说的不是《圣经》中的第一个人类 , 而是第一台可完全自主展开科学研究 , 独立作出发现的机器 。
亚当看上去完全不像人类 。 它就是一只大盒子 , 相当于办公室里的一个格子间般大小 。 它装配有机械臂、培养箱、冰柜、摄像机以及其他辅助展开工作的部件 。 研究所必须的一切都准备就绪 , 包括能思考的大脑 。
而这台机器背后的男人名叫 Ross King , 是瑞典查尔姆斯理工大学(Chalmers University of Technology)的机器智能教授 。 2004 年 , 他开始建造亚当 , 用以研究酵母中的酶;后来他又创造了第二台机器人 , 顺势命名为夏娃 , 用来研究潜在的抗疟疾药物 。
“我将亚当和夏娃称为机器人科学家 。 ”King 说 。 这种类型的机器将人工智能和机器人实验设备相结合 , 每经历一次迭代就变得更加聪明 。
但是 , 什么让机器人科学家如此特别?在现代实验室中 , 自动化越来越普遍 , 人工智能可协助研究人员完成海量的科研项目 。 自动化和人工智能这一组合 , 让机器具备了实现科研过程每一步的能力——提出假设、展开实验、分析数据、得出结论 , 从而自成一格 。
让机器人像科学家一样“思考” , 尽管这样的尝试从上世纪 60 年代正式开始 , 但直到最近 20 年 , 亚当和其他智能机器才开始卓有成效地展开实验 , 从假设到最后的报告 。 这些复杂的机器仍然稀少 , 但从医学到数学领域 , 不少机器人科学家已经协助自己的人类搭档作出新的发现 , 为未来科研树立了榜样 。 在接下来的几十年内 , 你可能会听到更多这种自动化研究员的事迹 , 这要归功于一个全球挑战项目 , 它的目标是到 2050 年打造出有实力赢得诺贝尔奖的机器人 。
机器人|科学家的终极目标……是让自己失业?
Ross King 和他的机器亚当和夏娃(背景) , 图片来源:Aberystwyth University
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亚当的设计目标是研究面包、啤酒和大家最爱的松软甜点中的关键成分:面包酵母 。 这一厨房日常必用品是一种单细胞真菌:酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) , 其结构十分复杂 , 足以充当人类细胞模型 。
“虽然人类和酵母菌之间最后一代共同祖先可以追溯回约十亿年之前 , 但生物学非常保守 。 ”King 说 , “所以 , 酵母细胞中大部分的规律也适用于人类细胞 。 ”
几十年来 , 研究人员一直在研究酵母菌的 DNA , 目的在于将其每一个基因和其功能联系起来 。 一些基因会编码酶 , 这种蛋白质能够加速化学反应 , 比如分解葡萄糖 。 1996 年 , 遗传学家们对酵母进行基因组测序时 , 收获了大量的新信息 。
但是 , 确认酶和基因之间的联系仍然需要在实验室内展开酵母菌物理检测 。 King 拥有微生物学背景 , 在他看来 , 这是一项艰巨的任务 , 但用机器能更有成效 。
所以 , King 给亚当装上了从头到尾执行研究所需的一切 。 他用数据库给机器人编程 , 这套数据库包含了多种有机物的基因组 , 还有酶的信息 , 以及如何扫描潜在匹配的指导说明 。 亚当能够使用所有的实验设备以及上千株酵母菌株 , 展开实际的检测程序 , 来确认潜在匹配;它也知道如何阅读实验结果 , 如果匹配不成功 , 还会从头再来一遍 。 最后 , 亚当给出了 20 条假设 , 并一一检测 , 终于提出了 12 种基因-酶新匹配 。
“我们周围并没有那么多的生物学家来做我们想要做的所有实验 , 哪怕只为了解酵母菌的运作机制 。 ”King 解释说 。 像亚当这样的机器人不是用来称霸世界 , 夺取人类工作 , 或者淘汰人类科学家 , 它的目的恰恰完全相反 。 聪明的机器人助理会像科学家一样思考 , 在缺乏人手展开科学研究的情况下 , 填补空缺 。
【机器人|科学家的终极目标……是让自己失业?】机器人|科学家的终极目标……是让自己失业?
如上图所示 , 亚当包含如下组件:a)冰柜 , b)液体处理器 , c)培养箱 , d)全自动读板仪 , e)机械臂 , f)全自动板片 , g)全自动孔板离心机 , h)全自动洗板机 , i)特制的空气过滤器 , 和j)塑料外壳 。 图片来源:King et al. 2009 Science
亚当是第一台能够同时提出假设并采用实验手段验证的机器 , 但已经退休了 。 King 说他现在打算将这台机器捐赠给博物馆 。 而夏娃仍在使用中 , 不过 King 表示机器正处于休眠状态 , 以便他将它从英国搬回瑞典 。