卡內基梅隆大學研究人員在 12 月 21 日出版的《自然》雜志上報告稱，一種非有機智能系統首次設計、規劃和執行了化學實驗。

“我們預計用于自主科學實驗的智能代理系統將帶來巨大的發現、不可預見的療法和新材料。雖然我們無法預測這些發現是什么，但我們希望看到人類和機器之間協同合作所帶來的一種新的研究方式，”卡內基梅隆大學研究團隊在論文中寫道。

該系統名為 Coscientist，由化學與化學工程助理教授Gabe Gomes以及化學工程博士生 Daniil Boiko 和 Robert MacKnight設計。它使用大型語言模型 (LLM)，包括 OpenAI 的 GPT-4 和 Anthropic 的 Claude，通過簡單明了的語言提示來執行整個實驗過程。

例如，科學家可以要求 Coscientist 尋找具有給定特性的化合物。該系統搜索互聯網、文檔數據和其他可用來源，綜合信息并選擇使用機器人應用程序編程接口(API)的實驗過程。然后將實驗計劃發送至自動化儀器并由自動化儀器完成。總而言之，使用該系統的人可以比單獨的人更快、更準確、更高效地設計和運行實驗。

“除了他們的系統演示的化學合成任務之外，Gomes 和他的團隊還成功合成了一種超高效的實驗室伙伴，”國家科學基金會 (NSF) 化學部主任 David Berkowitz 說。“他們把所有的部分放在一起，最終的結果遠遠超過各個部分的總和——它可以用于真正有用的科學目的。”

具體來說，在 Nature 論文中，研究小組證明 Coscientist 可以規劃已知化合物的化學合成;搜索和瀏覽硬件文檔;使用文檔在稱為云實驗室的自動化實驗室中執行高級命令;控制液體處理儀器;完成需要使用多個硬件模塊和不同數據源的科學任務;并通過分析先前收集的數據來解決優化問題。

“使用法學碩士將幫助我們克服使用自動化實驗室的最重要障礙之一：編碼能力，”戈麥斯說。“如果科學家可以用自然語言與自動化平臺進行交互，我們就向更多的人開放了這個領域。”

這包括無法使用通常只有在頂尖大學和機構才能找到的先進科學研究儀器的學術研究人員。遠程控制的自動化實驗室(通常稱為云實驗室或自動駕駛實驗室)可以接觸到這些科學家，從而實現科學的民主化。

卡內基梅隆大學的研究人員與Emerald Cloud Lab (ECL) 的 Ben Kline 合作，Emerald Cloud Lab (ECL) 是卡內基梅隆大學校友創辦的遠程操作研究設施，負責處理日常實驗室工作的各個方面，以證明 Coscientist 可用于在自動化機器人中執行實驗實驗室。

布萊恩·弗雷扎 (Brian Frezza) 表示：“戈麥斯教授和他的團隊在這里所做的開創性工作不僅證明了自動駕駛實驗的價值，而且還開創了一種利用云實驗室技術與更廣泛的科學界分享這項工作成果的新方法。” ，ECL聯合創始人兼聯席首席執行官。

卡內基梅隆大學與 ECL 合作，將于 2024 年初在大學開設第一個云實驗室。卡內基梅隆大學云實驗室將為該大學的研究人員及其合作者提供 200 多臺設備的訪問權限。戈麥斯計劃繼續開發《自然》論文中描述的技術，以便在未來與卡內基梅隆云實驗室和其他自動駕駛實驗室一起使用。

實際上，Coscientist也打開了實驗的“黑匣子”。該系統跟蹤并記錄研究的每個步驟，使工作完全可追溯和可重復。

“這項工作展示了化學領域的兩種新興工具——人工智能和自動化——如何能夠集成到一個更強大的工具中，”支持這項工作的國家科學基金會化學創新項目中心主任凱西·科弗特 (Kathy Covert) 說。“像 Coscientist 這樣的系統將采用新方法來快速改進我們合成新化學物質的方式，并且使用這些系統生成的數據集將是可靠的、可復制的、可重現的和可供其他化學家重復使用的，從而擴大了它們的影響。”

圍繞法學碩士的安全問題，尤其是與科學實驗相關的安全問題，對戈麥斯來說至關重要。在論文的支持信息中，戈麥斯的團隊研究了人工智能可能被迫制造危險化學品或受控物質的可能性。

“我相信人工智能科學可以做的積極的事情遠遠超過消極的事情。但我們有責任承認可能出現的問題，并提供解決方案和故障保險，”戈麥斯說。