无论是研发新药还是探索新材料，都需要进行大量的实验。完成这些实验不仅需要高超的技能，还需要极其细致和专注的操作。因此，培养一名合格的实验人员往往需要极高的成本。此外，人类在进行实验时存在一些固有劣势，例如精力有限、不能长时间工作、无法从事过于危险的实验，以及可能发生操作失误或遗漏记录等问题。
2023年12月，加州伯克利大学和DeepMind的研究员在《自然》杂志发表了一篇论文[1]，报告了他们开发的一个自动实验室 — A-Lab。这个神奇的实验室完全无需人类的直接参与，所有工作都由机器完成，包括设计实验步骤、操作实验器械和材料、检查实验结果以及改进实验过程。研究人员仅需告诉机器实验的目的，之后就可以来杯咖啡，等待机器报告实验结果。
自动实验室 A-Lab [1]
为了验证A-Lab的能力，科学家们试着让它合成58种新材料。这些材料此前仅存在于计算预测中，实际上从未被合成过。在接到任务后，A-Lab立即开始工作。经过17天不间断的实验，它成功合成了这58种材料中的41种，并为剩下的17种未能成功合成的材料找到了原因。
那么，这个神奇的实验室是如何工作的呢？
整个过程大致可以分为四个步骤。第一步，在获得目标材料的分子结构后，一个AI模型会生成一些初步的合成方案。这个AI模型是通过大量与材料合成相关的论文训练而成，因此能够“猜”出新材料的合成步骤。第二步，将这些合成方案交给实验机器人，由机器人操作实验设备进行合成实验。第三步，使用X光衍射技术对合成出的材料进行检查，以确定是否合成成功。如果未成功，则进入第四步，利用一种称为自动反应过程优化 (ARROWS) 的主动学习技术对合成方案进行修正，并将修正后的方案交给实验机器人再次合成。这一过程反复进行，直到成功合成目标材料或所有方案均告失败。
A-Lab 合成新材料的过程 [1]
参考文献：
[1] Szymanski, N.J., Rendy, B., Fei, Y. et al. An autonomous laboratory for the accelerated synthesis of novel materials. Nature 624, 86–91 (2023).
供稿：清华大学 王东
制作：北京邮电大学 戴维
审核：北京邮电大学 李蓝天