卡内基梅隆大学的云实验室。图片来源：卡内基梅隆大学
人工智能进行化学研究的概念呈现。图片来源：美国国家科学基金会
人工智能(AI)复现一项诺贝尔化学奖成就，需要多久？
答案：4分钟。这甚至比阅读完这篇文章的时间都短。而且AI无需反复实验，一次就成功。
这个由GPT-4驱动的“AI化学实验室”，被命名为“Coscientist”，由来自美国卡内基梅隆大学和翡翠云实验室的研究团队共同创建。相关研究结果发表于最新一期《自然》杂志上。
有评论称，自此之后，人类探索化学世界的方式，可能产生巨大革新。
AI自己学习做实验
Coscientist结合了大型语言模型、互联网和文档搜索的能力。它首先从互联网、文档数据等来源检索化合物的公开信息；然后通过学术期刊、维基百科、美国化学会等途径进行学习；最后根据学到的信息指导自己的行动，设计、规划和执行真实世界的化学实验。
系统以GPT-4为基础，可通过调用4个命令(谷歌、Python、文档和实验)来规划实验。除了最后一个执行命令外，谷歌命令负责在互联网上进行搜索，Python命令负责执行代码，而文档命令则负责检索和总结必要的文档，这些命令还可以执行子操作。
研究团队对Coscientist的表现进行了多轮测试。其中，为了检验它设计化学反应流程的能力，团队要求它通过检索与学习，分别生成阿司匹林、对乙酰氨基酚和布洛芬等药物分子。
4分钟做个诺奖研究
研究团队对Coscientist的最终考验，是让它复现诺奖研究。
2010年，诺贝尔化学奖授予3位化学家，以表彰他们提出钯催化交叉偶联反应。这类反应的实用度非常高，因为其可高效构建碳-碳键，轻易生成许多难以合成的物质。在制药领域，这类反应可以在炎症、哮喘等多类疾病的新药开发中展现实力。而在电子工业、先进材料等领域，钯这类反应也能得到广泛应用。
Coscientist交上的答卷非常漂亮。在确定两种反应所需的化合物之后，它准确计算了所需的剂量，并对移液机器人进行自主编程来开启反应。整个过程只用了不到4分钟。结果，反应后的透明液体样本中成功发现了目标产物，对样本的分析也表明复现成功。
“自动化科研”即将到来
这项成果表明，人类已能有效地利用AI提高科学发现的速度和数量，并可改善实验结果的可复制性和可靠性。
论文通讯作者、美国卡内基梅隆大学研究人员盖比·葛姆斯表示，人们可拥有自主运行的系统，去发现新的现象、新的反应、新的思想。而科学中的尝试、失败、学习和改进的迭代过程，可通过AI大大提速。这本身就将是一场巨大变革。
美国国家科学基金会化学部主任戴维·伯科威茨认为，该团队成功构建了一种高效的“实验室伙伴”。将各个组成部分巧妙地融合在一起，最终的成果远远超越了各个部分单独的贡献。
在同时发表的新闻与观点文章中，葡萄牙里斯本大学药学院阿娜·劳拉·迪亚斯和迪亚戈·罗德里吉斯认为，Coscientist是人类朝着建立自动化实验室迈出的关键一步。
不过，研究人员也指出，Coscientist尚有一些局限性。例如，它有时会出现化学反应不正确的情况。但目前它可通过使用复杂的提示策略(如思维链和思维树)以及增加化学数据进行自我纠正。
还需要注意的是，现实世界中的研究问题，很多都比这一研究中的实验复杂得多。有些研究涉及化学以外的学科概念，如药物开发中需应用到的生物学。Coscientist目前还无法解决这一领域的复杂问题。
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