机器人开始代替博士“接管”实验室

在东京的一间生物实验室里，十台机器人正有条不紊地忙碌着。它们伸出两只灵巧的机械臂，熟练地处理液体、在培养皿中培养细胞、操作各类精密仪器——这些过去由科研人员亲手完成的工作，如今正被一群不知疲倦的“新同事”悄然接管。

图中这些内置AI软件的实验室机器人，已经能够独立管理干细胞培养物。图片来源：Masatoshi Okauchi/Shutterstock

今年四月，东京科学大学机器人创新中心正式启用了这个自动化实验室。中心的Genki Kanda透露，实验室将在今年晚些时候向校内其他研究人员开放。而他们的终极目标，是在2040或2050年前，建成一个“工厂规模”的巨型设施，配备数千台机器人，供国内乃至全球的科学家使用。

“拥有如此规模机器人集群的实验室，确实令人兴奋。”美国范德比尔特大学的曾艳（音）评价道。她更关心的是，这个宏大的愿景究竟需要多久才能落地。她希望未来这个实验室能像欧洲核子研究中心（CERN）那样，成为向全球科学界开放的顶级科研基础设施。

从“自动化”到“自主化”的跨越

其实，生命科学领域探索实验室自动化，已有至少十年的历史。许多设施早已配备了能够处理实验样品的单臂机器人。但曾艳指出，双臂机器人代表着一次能力跃升——它们能执行更复杂、更精密的操作。

东京科学大学的机器人不仅有多关节的机械臂，更关键的是搭载了人工智能软件，使其具备了一定的自主决策能力。英国利物浦大学的Andrew Cooper解释道，这意味着这些机器人不仅能按指令完成工作，还能对实验过程进行分析，甚至主动优化实验方法。

Kanda举了几个例子。他们使用的一个AI程序，曾在111天内自主识别并测试了144种实验条件，最终成功找到了培养人类干细胞的最佳方案。在另一项实验中，AI程序能对培养皿中的细胞进行成像，预测其生长趋势，并计算出最佳收获时间。更实用的是，这些机器人可以在研究人员休假时，连续八天照看细胞培养物，确保实验不间断。

这样一来，重复性、耗时的体力劳动被大幅解放，研究人员得以将精力集中在更高价值的环节：设计实验、解读数据，以及孕育新的科学想法。

完全自主，还有多远？

当然，通往完全自主的实验室之路并非一片坦途。Kanda坦言，目前团队仍需为机器人准备试剂和材料，并在实验后进行故障排查和清理。他们正在努力的方向，是通过软件集成，让机器人也能自主完成这些任务，使其真正像一位“AI科学家”一样运作——在出现错误时自行决策，并根据实验室的实时条件、可用资源和设备状态，动态调整实验方案。

但Cooper认为，完全自主的实验室仍需时日。最大的挑战在于，将AI软件与实体机器人进行深度整合，这需要极高阶的编程技能。他补充说，理想状态下，具备AI功能的机器人应能识别并纠正诸如打翻样品瓶之类的意外错误，但这目前仍处于概念验证阶段。

机器人会取代科学家吗？

自主机器人实验室的兴起，不可避免地引发了一场讨论：人类科学家会被取代吗？未来的科研人员是否还需要学习那些基础的实验室技能？

对此，Cooper的态度很明确：机器人不太可能完全取代科学家。“某些环节肯定会自动化，但仍有大量工作无法被机器替代，比如化合物的多步骤合成。”他举例说，像化疗药物紫杉醇这样复杂的分子，人类合成起来都极为困难，对机器人而言更是巨大的挑战。

Kanda则从另一个角度提供了视角。在日本，实验室机器人可以承担通常由研究生和技术人员完成的任务，这或许有助于缓解因博士生招生人数下降而日益凸显的科研劳动力短缺问题。

成本与可及性的现实考量

然而，高昂的成本是自动化普及路上必须面对的现实障碍。曾艳指出，一些单臂机器人的基础成本就可能达到两三万美元，这还不包括其他必要的配件和后续维护。

Kanda团队在每台机器人上的投入更是高达100万美元，这显然不是每个实验室都能负担的。因此他提出，建立一个配备机器人、可供众多研究人员共享使用的中心，或许是提高这项技术可及性的一条可行路径。

（原标题为《日本尝试用机器人“接管”实验室》）