基于人工智能的实验室合作伙伴设计在实验室进行实验

机器人实验室的生物实验将通过六个全自动模块实现，包括样品管理和质量控制、化合物管理、自动化细胞培养、高通量筛选、高内涵细胞成像和下一代测序[AlexZhavoronkov]

在各个科学学科中，大型语言模型(LLM)被用来解决各种研究问题。在卡内基梅隆大学，科学家们利用法学硕士创建了一个智能实验室合作伙伴，能够设计和远程运行化学研究实验。本周发表的《自然》杂志题为“使用大型语言模型进行自主化学研究”的论文提供了概念验证系统及其架构的详细信息。

卡内基梅隆大学化学与化学工程助理教授加布里埃尔·戈麦斯博士和两名化学工程博士生丹尼尔·博伊科和罗伯特·麦克奈特设计了这个被称为Coscientist的系统。它使用OpenAI的GPT-4、Anthropic的Claude和其他LLM来执行实验过程。使用该系统的科学家可以比单独工作的人类更快、更准确、更高效地设计和运行实验。

研究人员写道：“我们的系统展示了先进的推理和实验设计能力，能够解决复杂的科学问题并生成高质量的代码。”“当法学硕士获得相关研究工具(例如互联网和文档搜索、编码环境和机器人实验平台)时，这些能力就会出现。”

论文中描述了Coscientist的能力，包括规划已知药物和其他化合物的化学合成的能力;搜索和浏览硬件文档;在称为云实验室的自动化实验室中执行高级命令;控制液体处理仪器;完成需要使用多个硬件模块和数据源的任务;并通过分析现有数据解决优化问题。

例如，科学家可以要求Coscientist寻找具有特定性质的化合物。然后，系统将搜索互联网、任何可用的技术文档和其他来源，综合它找到的信息，然后选择合适的实验计划。然后该计划被发送到实验室并由自动化仪器完成。

该团队在论文中写道：“我们预计用于自主科学探索的智能代理系统将带来巨大的发现、不可预见的疗法和新材料。”“虽然我们无法预测这些发现是什么，但我们希望看到人类和机器之间协同合作所带来的一种新的研究方式。”

为了证明Coscientist可以在自动化实验室环境中使用，卡内基梅隆大学团队与卡内基梅隆大学校友创建的远程操作研究机构EmeraldCloudLab合作。卡内基梅隆大学正在与ECL合作，在该大学建立一个云实验室，该实验室将提供200多台设备的访问权限，包括用于细胞培养、样品制备、质谱、生物测定等的仪器，所有这些设备都可以通过单个远程控制。统一的软件界面。

卡内基梅隆大学云实验室将用于处理广泛学科的实验，包括基因工程和合成生物学以及结构生物学、生物化学和物理化学。计划增加对细胞生物学和药物化学等新学科的支持。戈麦斯打算继续开发《自然》中描述的技术，以便将来可以在卡内基梅隆大学的云实验室和类似的自主实验室中使用它们。

“除了他们的系统演示的化学合成任务之外，戈麦斯和他的团队还成功合成了一种超高效的实验室伙伴，”美国国家科学基金会化学部主任DavidBerkowitz表示。“他们把所有的部分放在一起，最终的结果远远超过各个部分的总和——它可以用于真正有用的科学目的。”

最后一点，本文确实解决了与使用法学硕士相关的潜在安全问题。作为他们努力的一部分，戈麦斯的团队研究了指导Coscientist设计和规划旨在合成危险化学品或受管制药物的实验的可能性。论文的支持信息中提供了详细信息。

戈麦斯指出：“我相信人工智能科学可以做的积极的事情远远超过消极的事情，但我们有责任承认可能出错的地方，并提供解决方案和故障保护。”