AI科学家“Organa”：将化学实验交给机器人

来源：MIT Technology Review

实验室的科学家们往往要花大量时间处理繁琐且重复的工作，例如移液液体样本或反复进行相同的分析。但如果他们只需给机器人下达指令，就能完成实验、分析数据，并生成报告呢？

这正是 Organa 的亮点。Organa 是由多伦多大学研究人员开发的一款台式机器人系统，能够执行化学实验。根据该团队发布在arXiv预印本平台上的一篇论文，该系统利用计算机视觉和大语言模型（LLM）的结合，自动化处理部分化学实验室任务，将科学家的口头指令转化为实验流程。

多伦多大学的化学家、计算机科学家兼材料科学家 Alán Aspuru-Guzik，也是该项目的负责人之一，他表示：“想象一下，一个机器人可以与人类科学家协作完成化学实验。”Aspuru-Guzik 的愿景是将传统实验室自动化提升到一个新高度，最终打造一个能够自主执行实验、排除故障，甚至对实验结果进行反馈的“AI 科学家”。

Organa 的设计十分灵活。与传统固定的自动化系统不同，它不仅能执行单一任务，还可以根据指令完成多步骤的实验。系统还配备了可视化工具，能够实时监控实验进展并提供反馈。

北卡罗来纳州立大学的化学与材料工程师 Milad Abolhasani 评论道：“这是展示如何与 AI 助手在机器人化学实验室中进行双向对话的早期案例之一。”他并未参与该项目。

多伦多大学的计算机科学家、项目共同负责人 Florian Shkurti 表示，目前大多数实验室自动化设备都难以根据化学家的需求灵活调整或重新编程。即使可以编程，也要求化学家具备编程能力。而 Organa 则不同，科学家可以直接通过语音传达实验需求。科学家给机器人提供实验目标和设置后，Organa 的 LLM 会将这些自然语言指令转换为标准化学描述语言 χDL 代码。算法会将这些代码分解为具体步骤，并生成每个任务的执行路线图。如果实验中出现指令不清晰或结果异常，系统还能自动提醒科学家进行解决。

Organa 的硬件组件约有三分之二来自现成的部件，这使得该系统更容易在其他实验室进行复制，Aspuru-Guzik 说道。机器人还配备了摄像头探测器，能够识别不透明物体和透明物体，例如化学烧瓶。

Organa 的第一个实验任务是表征醌类分子的电化学特性，这些电活性分子通常用于可充电电池。实验包含 19 个平行步骤，包括 pH 值测试、溶解度测试、重结晶以及电化学测量等常规化学操作，还包括一个耗时长达六小时的电极预清洁步骤。“化学家们对这个步骤深恶痛绝，”Shkurti 说。

Organa 以与人类相近的时间完成了这 19 个实验步骤，实验结果也十分接近。虽然效率未显著高于手动操作，但如果在夜间运行，机器人可以极大提高生产力。“它可以 24 小时不间断工作，这是我们始终占据的优势，”Shkurti 解释道。Abolhasani 补充说：“这将为我们高度专业的科学家节省大量时间，他们可以将精力集中在解决科学问题上，而不是重复实验室中的常规操作。”

Organa 最具特色的功能可能是它能够对生成的数据进行反馈。“我们感到惊讶的是，这个视觉语言模型能够在化学图表中发现异常点，”Shkurti 解释道。系统还会标记这些不确定性并建议可能的解决方案。

目前，团队正致力于提高 LLM 的任务规划能力，并优化其应对实验中不确定因素的能力。

Shkurti 表示：“机器人技术可以为科学家提供巨大的帮助，提升他们的工作效率，获得更高质量的数据。我非常期待创造更多新的可能性。”

Kristel Tjandra 是居住在瓦胡岛的自由科学作家。

https://www.technologyreview.com/2024/10/17/1105122/this-lab-robot-mixes-chemicals/