是福还是祸？Science发布颠覆性AI科研机器人：文献进去，产品出来！会自主阅读文献，然后不知疲倦帮你重复实验的科研小助理来了

纳米技术

2020-10-14

人类创造了机器人，来帮助人类解决许多无法解决的问题。人和机器人的核心区别，就在于人有智慧，有独立思考能力，有七情六欲和五官感知；而机器人，很长时间以来被认为永远只能是冷冰冰的0和1 。

现在，这一认知正在被逐渐改变。

人类正在逐渐将自己所拥有的独特能力赋予机器人。AlfaGo在围棋比赛中脱颖而出，机器人开始有了复杂思考能力；电子皮肤问世，机器人开始有了触觉；而许多新技术，也正在尝试赋予机器人七情六欲。

机器人已经在人类生活的方方面带来颠覆性变革，即便是在最能代表人类智慧的科学研究领域，机器人也正在展示出其强大的潜力。

科研民工的救星

在常人眼里，科学研究是一项脑力劳动。而实际上，科研人员把很多时间都花费在了体力劳动上。尤其是实验科学研究，往往要面对三大繁琐的问题：

1）文献资料浩如烟海

2）实验操作耗时费力

3）大量实验难以重复

如果能从这些体力活中解放出来，科学家就有更多时间来进行独立思考，以更高的效率探索和发现未知世界，从而改变世界。

经过全世界大量研究团队的不懈努力，科研AI机器人取得了长足的进展。尤其是2020年7月，Nature封面报道了一个颠覆性成功：科学家发明了一个会自己动手全程完成实验操作的AI机器人，一时引爆科研圈，让广大科研民工兴奋不已。这个机器人会称药品、计算配比、打色谱、做反应；连续工作8天，每天工作21.5小时，充电2.5小时，不知疲倦地做了700多个实验，还开发了一种高性能光解水制氢催化剂。

凌晨3点，还在包场做实验的AI机器人

这个AI机器人为解决实验操作耗时费力和实验操作重复性的问题，带来了革命性的解决方案。然而，还有一个问题，没有得到根本解决。那就是AI机器人的原始实验思路从哪里来？

如果需要科学家看完文献之后，预先编程，那么这个机器人做再多实验，也只是经过无数的迭代和优化，还是局限于原有的知识体系。那么，这个机器人还是无法像人类一样去思考和发现更多未知的世界。

如果，这个AI机器人不仅能不停不休地做实验，还能自己看文献，那会怎样呢？

2020年10月2日，格拉斯哥大学Leroy Cronin教授等人报道了一套能自动进行的AI化学反应系统，能够实现自动阅读文献并构建合成操作流行，进行一系列化学合成，实现了文献进去，产品出来的神操作！

即便没有相关编程背景的人，也能够对合成操作过程进行编程。这个AI系统通过自主阅读文献，并自动合成了文献中的12种化合物，包括止痛药利多卡因、Dess-Martin高碘氧化试剂、氟化剂AlkylFluor等等。

新突破：文献进去，产品出来

用于化学合成的机器人系统目前正在快速增长，但是其难以运行和保持，缺少标准操作系统、计算机语言等。长期以来，Leroy Cronin教授一直都在从事智能合成机器人领域的研究。运用AI、机器人等结合的手段，从开发软件、加载学习系统等让化学合成机器人更聪明的配合科研工作者研究工作。

2018年，Leroy Cronin教授等人开发了一种具有AI操作功能和机器学习能力的化学机器人，并探索了其优化Suzuki-Miyaura偶联反应的能力。通过筛选反应条件，并通过质谱等手段检测反应，能够进行有机化学反应的优化。

Jarosław M. Granda et al. Controlling an organic synthesis robot with machine learning to search for new reactivity, Nature 2018, 559, 377

DOI: 10.1038/s41586-018-0307-8

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0307-8

2019年，Leroy Cronin等人在Science发表文章，通过对操作方便的化学软件进行参数设置，能够使机器自动进行多步有机化学反应，并且操作过程通过编码共享后，其他化学工作者可以通过下载操作方法，用自己的机器人进行合成。

Sebastian Steiner et al. Organic synthesis in a modular robotic system driven by a chemical programming language, Science 2019, 363, 6421.

DOI: 10.1126/science.aav2211

https://science.sciencemag.org/content/363/6423/eaav2211

然而，奇思妙想的Leroy Cronin教授从来不会满足现有的成就。最近，他们通过对软件进一步优化，让机器有了阅读文献的能力。

操作原理

在阅读文献后，软件能够摘取其中的各种操作信息，并自动转为可执行的计算机程序语言。通过该软件对有机合成第77卷（Organic Synthesis, volume 77）中的每个操作步骤进行分析，在559项操作中，成功完成523项操作。

图1. 软件辅助合成过程Scheme

化学反应操作

作者考察了12种分子的合成工作，发现该AI系统能够对简单步骤的分子进行合成，而且能够对需要进行5步的复杂过程合成，比如在合成AlkylFluor的过程中，实现了以单步75 %的收率获得23 %的总收率。

图2. 软件辅助合成

AI机器人，科研之福还是祸？

不得不说，科研民工彻底解放的时候，似乎确实就要来了！

AI机器人已经掌握了常规科研人员所需要的基本技能，看文献，设计实验，优化并重复试验，给出新的方案然后再从文献找灵感。AI机器人为科研人员科技发展的腾飞将带来不可估量的作用。

然而，不可估量的作用，有好的一面，也有令人担忧的一面。

1. 科学成就，代表了人类智慧的结晶。人类想要将自己的最独特的智慧赋予机器人，如果真的成功了，科学家是否还能控制机器人？科学伦理和科学安全是否能得到保障？

2. 你以为别人是来拯救你，其实别人是来取代你。如果科研AI机器人技术真的成熟了，科研圈会发生革命性的变化，包括科研模式，科研团队组建等等。那时候，大量科研人员也不存在什么解放不解放的了，直接就失业了。

3. 阿甘正传有一句经典台词：人生就像一盒巧克力，在你打开盒子之前，你永远不知道巧克力是什么味道。

科研也是这样。科研的神奇之处就在于，在你没有做实验之前，你永远不知道这一锅反应会得到什么？历史证明，无数伟大的科学发现，往往都是意外获得。一个能够预知未来的AI机器人，还能有什么伟大的意外发现吗？

担忧是担忧，然而，真到了那个时候，或许会有不一样的科研方式。或许，大量造假的文献，也可能会让AI机器人有许多意外的收获。

福兮祸所依，祸兮福所伏

无论如何

历史的车轮滚滚

未来已来

让我们拭目以待

作者介绍

Leroy Cronin，英国格拉斯哥大学化学系教授，英国爱丁堡皇家学会院士。1973 年 6 月 1 日在英国格拉斯哥出生，33岁成为格拉斯哥大学最年轻的全职教授（2006年），36 岁当选英国爱丁堡皇家科学院院士和英国皇家化学会会士（2009 年）。从2002年在格拉斯哥大学建立课题组以来，主要研究工作集中在理解和控制化学领域中的自组装和自组织过程，将分子结构设计和功能以及系统功能化有机结合（如耦合催化自组装体系以及构建具有复杂协同行为的‘无机细胞’），进而开发功能性分子团簇和纳米尺度的分子化学系统（功能性多酸分子）；基于智能化和系统化的流动反应器以及3D打印技术，设计和开发新型化学反应体系，在多家国际学术组织和期刊担任顾问和编辑。

https://www.gla.ac.uk/schools/chemistry/staff/leecronin/

http://www.chem.gla.ac.uk/cronin/

参考文献：

1. S. Hessam M. Mehr et al. A universal system for digitization and automatic execution of the chemical synthesis literature, Science 2020, 370, 101-108.

DOI: 10.1126/science.abc2986

https://science.sciencemag.org/content/370/6512/101

2. Jake Yeston. Paper in, product out, Science 2020,

DOI: 10.1126/science.370.6512.70-c

https://science.sciencemag.org/content/370/6512/70.3