卡内基梅隆大学的研究人员在12月21日出版的《自然》杂志上报告称，一种非有机智能系统首次设计、规划并执行了化学实验。
“我们预计，用于自主科学实验的智能代理系统将带来巨大的发现、不可预见的疗法和新材料。虽然我们无法预测这些发现是什么，但我们希望看到一种由人类和人类之间的协同合作所提供的进行研究的新方法。机器，”卡内基梅隆大学研究小组在他们的论文中写道。
该系统名为Coscientist，由化学与化学工程助理教授GabeGomes以及化学工程博士生DaniilBoiko和RobertMacKnight设计。它使用大型语言模型(LLM)，包括OpenAI的GPT-4和Anthropic的Claude，通过简单明了的语言提示来执行整个实验过程。
例如，科学家可以要求Coscientist寻找具有给定特性的化合物。该系统搜索互联网、文档数据和其他可用来源，综合信息并选择使用机器人应用程序编程接口(API)的实验过程。然后将实验计划发送至自动化仪器并由自动化仪器完成。总而言之，使用该系统的人可以比单独的人更快、更准确、更高效地设计和运行实验。
“除了他们的系统演示的化学合成任务之外，Gomes和他的团队还成功合成了一种超高效的实验室伙伴，”美国国家科学基金会(NSF)化学部主任DavidBerkowitz说。“他们把所有的部分放在一起，最终的结果远远超过各个部分的总和——它可以用于真正有用的科学目的。”
具体来说，在Nature论文中，研究小组证明Coscientist可以规划已知化合物的化学合成;搜索和浏览硬件文档;使用文档在称为云实验室的自动化实验室中执行高级命令;控制液体处理仪器;完成需要使用多个硬件模块和不同数据源的科学任务;并通过分析先前收集的数据来解决优化问题。
“使用法学硕士将帮助我们克服使用自动化实验室的最重要障碍之一：编码能力，”戈麦斯说。“如果科学家可以用自然语言与自动化平台进行交互，我们就向更多的人开放了这个领域。”
卡内基梅隆大学云实验室是一个远程操作的自动化实验室，研究人员可以使用200多台科学设备。图片来源：卡内基梅隆大学
这包括无法使用通常只有在顶尖大学和机构才能找到的先进科学研究仪器的学术研究人员。远程控制的自动化实验室(通常称为云实验室或自动驾驶实验室)可以接触到这些科学家，从而实现科学的民主化。
卡内基梅隆大学的研究人员与EmeraldCloudLab(ECL)的BenKline合作，EmeraldCloudLab(ECL)是卡内基梅隆大学校友创办的远程操作研究设施，负责处理日常实验室工作的各个方面，以证明Coscientist可用于在自动化机器人中执行实验实验室。
布莱恩·弗雷扎(BrianFrezza)表示：“戈麦斯教授和他的团队在这里所做的开创性工作不仅证明了自动驾驶实验的价值，而且还开创了一种利用云实验室技术与更广泛的科学界分享这项工作成果的新方法。”，ECL联合创始人兼联席首席执行官。
卡内基梅隆大学与ECL合作，将于2024年初在大学开设第一个云实验室。卡内基梅隆大学云实验室将为该大学的研究人员及其合作者提供200多台设备的访问权限。戈麦斯计划继续开发《自然》论文中描述的技术，以便在未来与卡内基梅隆云实验室和其他自动驾驶实验室一起使用。
实际上，Coscientist也打开了实验的“黑匣子”。该系统跟踪并记录研究的每个步骤，使工作完全可追溯和可重复。
“这项工作展示了化学领域的两种新兴工具——人工智能和自动化——如何能够集成到一个更强大的工具中，”支持这项工作的美国国家科学基金会化学创新项目中心主任凯西·科弗特(KathyCovert)说。
“像Coscientist这样的系统将采用新方法来快速改进我们合成新化学物质的方式，并且使用这些系统生成的数据集将是可靠的、可复制的、可重现的和可供其他化学家重复使用的，从而扩大了它们的影响。”
围绕法学硕士的安全问题，尤其是与科学实验相关的安全问题，对戈麦斯来说至关重要。在论文的支持信息中，戈麦斯的团队研究了人工智能可能被迫制造危险化学品或受控物质的可能性。
“我相信人工智能科学可以做的积极的事情远远超过消极的事情。但我们有责任承认可能出错的地方，并提供解决方案和故障保护，”戈麦斯说。
作者在论文中写道：“通过确保道德和负责任地使用这些强大的工具，我们可以继续探索大型语言模型在推进科学研究方面的巨大潜力，同时减轻与其滥用相关的风险。”
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