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【新浪科技综合】三十年内，他们要造出能得诺奖的机器科学家新浪科技综合2020-08-26 10:13:110阅

【新浪科技综合】三十年内，他们要造出能得诺奖的机器科学家新浪科技综合2020-08-26 10:13:110阅
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图1/5图片来源：Pixabay文章来源：科研圈
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 。
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图2/5Ross King 和他的机器亚当和夏娃（背景） ， 图片来源：Aberystwyth University破解密码
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 。
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图3/5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 。
让夏娃声名鹊起的是 2018 年发表在《科学报告》（Scientific Reports）杂志上的一篇论文 ， 在这项研究中 ， 机器人发现三氯生（triclosan）有潜力应用于疟疾治疗 。 该化合物是牙膏和肥皂中的常见成分 ， 之前就被识别出来 ， 被认为有望阻止疟原虫生长 ， 但研究人员难以确认体内的哪些酶最容易对该物质产生反应 。 夏娃协助将美国食品药品监督管理局（FDA）批准的物质库中的化合物与会响应治疗的靶标酶匹配出来 。 King 说 ， 他想要使用这台机器继续研究热带疾病疗法 。


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