我的實驗室沒有人,把實驗交給AI機器人?
AI和機器人讓科學研究可以全天候運作,但這種自動實驗室的科學成果是否可靠?
撰文/西森(Patrick Sisson)
翻譯/江坤山
美國加州大學柏克萊分校,走進赫斯特紀念礦業大樓(Hearst Memorial Mining Building)拱形入口,沿著大理石樓梯往下走,就算已過午夜時分,依然可以看到空無一人的A-Lab正在進行實驗。粉末狀的前驅物和氧化物,在類似清酒杯形狀的坩堝中旋轉,相互攪拌變成漿狀之後,和鋯珠一起送進離心機,隨後再送進工業用烤箱烘烤,接著用X光繞射掃描,最後在電池測試中測量離子導電性。每項實驗的結果都會為下一項實驗提供參考。
出現問題時,無論是料架卡住、樣本灑出來或是前驅物用完,整套流程都會中止。米諾瓦(Minerva)、阿爾弗雷德(Alfred)、普羅米修司(Prometheus)、吉夫斯(Jeeves)和其他具備AI的機器人,雖然可操作一整晚,但未必都能自行重啟實驗。這時正在睡覺的研究生會接到電子郵件和Slack通知,在床上就可以登入系統,查看實驗室的監視器,設法解決問題。
管理A-Lab的加州大學柏克萊分校材料科學家希德(Gerbrand Ceder)說:「我們想要更好的材料,但也對能否開發出工作能力如同科學家的AI工具這件事很感興趣。」
A-Lab是由正在建構新型研究基礎設施的幾家機構開發出來,由加州大學柏克萊分校以及勞倫斯柏克萊國家實驗室(LBNL)共同運作,目標是藉由客製化AI代理人(AI agent),結合機器人技術與實驗室自動化,運用LBNL的計算資源解釋實驗結果,並建議下一輪的實驗方向。研究人員稱這流程為閉環實驗室(a lab in the loop):一套可以進行實驗、迭代、改進,並建議下一步的系統。希德表示:「我認為,大家還沒有意識到即將要面臨的衝擊。」
然而,速度與可靠度是兩件事。A-Lab也成為檢驗該領域目前功能極限的測試案例。早期發表在2023年《自然》(Nature)期刊上的一篇關於A-Lab論文備受矚目,文中提到A-Lab在短短幾天內就自動合成幾十種新材料。但是外部研究人員質疑那些材料是否真的前所未見,以及實驗數據是否支持這些主張,論文隨後進行了修正。這起事件暴露出自動化科學最矛盾的核心問題:機器進行實驗的速度比任何人類都要快,但實驗結果還是要由人類驗證和解析。
這樣的矛盾不只發生在A-Lab。例如,現在機器人能以無人能敵的規模蒐集資料、機器學習可以在資訊洪流中找出模式、AI代理人也開始協助研究人員決定接下來的研究方向。AI支持者表示,把這三樣工具結合起來,可以大幅縮短科學研究的時間,從開發新藥的成本,到競逐全球生技領先地位,全都會受到影響。問題在於,速度更快的科學工具,會產出品質更好的科學成果嗎⋯⋯
作者簡介:
《科學人》獲頒48屆金鼎獎學習類雜誌。睽違八年再度獲獎,是2002年創刊以來第12座金鼎獎。
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各界推薦
特別收錄 / 編輯的話:
看的是藝術,學的是科學
――談科學藝術舞台劇的誕生
教師和演員有許多相似之處,都是站在台上,創造一個輕鬆愉快的氛圍,讓觀眾/學生能在這個環境中吸收被傳遞的內容。科學教育原先嚴肅沉重,但科學藝術舞台劇卻讓社會大眾和年輕一代多了一個輕鬆學習科學的管道!
文/孫維新
1609年的一個夏天晚上,義大利天文學家伽利略(Galileo Galilei)將他剛做好的望遠鏡指向夜空,開啟了現代天文工作者使用儀器觀測星空的先河。400年之後的2009年,國際天文學聯合會(IAU)所在地的法國帶頭,規劃了世界性的「全球天文年」,我是台灣的活動召集人,那一年,我們從教育部、國科會、文建會,和民間熱心科教的企業募集了可觀的經費,進行了許多天文教育和大眾推廣的活動,其中後續影響最深遠的一項,就是「星空之旅―伽利略的一生」科學藝術舞台劇。
科學史上流傳許多伽利略的傳奇故事,其中最有名的一項,就是他在1590年前後,帶著一大一小兩個球,爬到義大利比薩斜塔的頂端,在比薩城的萬千市民仰望之下,將兩個球從同一高度放開,讓所有人都看到它們同時落地。這個震撼人心的實驗,目的在糾正一般人的迷思:大家總以為重的東西掉得快,輕的掉得慢。伽利略這個演示告訴眾人,若是不考慮空氣浮力,物體落地的時間只和當地的重力加速度有關,和物體本身質量大小沒有關係。
這是伽利略的學生維維亞尼(Vincenzo Viviani)在1650年左右記載他老師生平行誼時,以小說形式寫下的故事,並非正史。但無論這個實驗做過沒有,這個過程的畫面感十足!我就製作了一齣舞台劇「星空之旅―伽利略的一生」,在中正紀念堂前的民主大道上,搭起了露天舞台和比薩斜塔,結合了音樂、歌唱、舞蹈,和多媒體,以戲劇的形式敘述了伽利略坎坷的一生。
這齣戲由資深導演帶領專業演員和歌手演出,舞台設計很特別,不搭頂篷,旁邊是高聳的比薩斜塔。由台達電贊助的高流明投影機,分前後兩層,第一層投影在舞台的背景銀幕上,第二層的畫面直接打在了中正紀念堂巨大的白牆之上,場面壯觀!
當然,整齣戲最重要的環節,就是伽利略自己拿著兩顆球爬上高塔,再鬆手使兩顆球同時往下掉,讓現場觀眾看到兩球同時落地,重現當年的精采實驗。但在現場排練這個橋段時,卻出了不少狀況,我也才感覺到藝術人和科學人的想法是如此不同。
為了完美重現「雙球實驗」,我請助理製作了兩個金屬球,一個600公克,一個6000公克,兩者在重量上相差10倍。但想著飾演伽利略的演員,在演出的過程中,要拿著兩個球在斜塔背後的狹窄梯子上,爬上四層樓的高度,到了頂端一定是氣喘吁吁,還要將兩球舉過欄杆,穩定鬆手,讓兩球同時自由下墜,簡直是不可能的任務。所以我請助理另外製作了一個鐵箱,裝在斜塔頂端的欄杆邊上,裡面有一大一小兩個格子,剛好放入兩顆球,鐵箱下方作了翻板,旁邊有個扳手,演員爬上頂端,講幾句激勵人心的話,一拉扳手,兩顆球自然掉下。
理論很美好,製作很專業,但實際執行起來卻完全不符合我們的期待!彩排當天在廣場上測試時,兩顆球沒有一次同時落地!總是聽到「砰、砰」兩聲。我在廣場上看了半天,很同情我那位男性助理,他抱著兩顆球往上爬,到樓頂把球放入鐵箱,一拉扳手,兩顆球分前後落地,他爬下斜塔,撿起兩顆球,再抱著上塔,放入鐵箱,拉動扳手,再爬下來撿球,合著那天下午就忙活他一個人!
導演在旁邊看了心焦,委婉地說:「孫老師,今天晚上當著幾千名觀眾面前,要是兩顆球不能同時落地,那我們不就推翻了伽利略的理論了嗎?」我說:「你的想法呢?」導演說:「這樣吧,我們在舞台地板上挖個洞,讓兩顆球落下來時直接穿過這個洞,掉在底下的海綿上,這時音效配個聲音『砰』,就表示兩球同時落地了!」
我聽了總覺得哪裡不對。我們演出這個橋段,是為了向伽利略致敬,但若不能完美重現他曾經做到的實驗,就失去了這個橋段的科學意義。我和助理討論半天,終於發現問題在哪裡。關鍵是我們做的兩球半徑不同,從鐵箱下方的翻板上滾下去的時候,位置就已經有先後之分!解決之道很簡單,捨棄鐵箱不用,演員兩手平伸,把球舉在同一高度,然後兩手移開,讓球自然下落,這時兩球終於能同時落地!我們在下方還加了鐵板和石灰,讓兩顆球砸到舞台時,不單是一聲巨響,還看到煙塵飛起,同時震撼觀眾的視覺和聽覺!
2009年的春分晚上,伽利略的科學成就和人生磨難感動和震撼了台下將近8000名觀眾!自此之後,我又製作了五齣科學藝術舞台劇,主題人物包含了哥白尼、法拉第、哈雷與牛頓、愛因斯坦,和克卜勒等大科學家。我希望開創一個科學教育的新形式:「看的是藝術,學的是科學」!讓觀眾在沒有壓力且充滿趣味的氛圍中自然吸收科學知識。
今年適逢「2026太空年」,我寫了第七齣舞台劇「百年逐夢―哥達德和馮布朗的傳奇故事」,預計10月中旬於桃園展演中心演出,喜歡欣賞藝術和科學交融的朋友們,盍興乎來?
特別收錄 / 編輯的話:看的是藝術,學的是科學
――談科學藝術舞台劇的誕生
教師和演員有許多相似之處,都是站在台上,創造一個輕鬆愉快的氛圍,讓觀眾/學生能在這個環境中吸收被傳遞的內容。科學教育原先嚴肅沉重,但科學藝術舞台劇卻讓社會大眾和年輕一代多了一個輕鬆學習科學的管道!
文/孫維新
1609年的一個夏天晚上,義大利天文學家伽利略(Galileo Galilei)將他剛做好的望遠鏡指向夜空,開啟了現代天文工作者使用儀器觀測星空的先河。400年之後的2009年,國際天文學聯合會(IAU)所在地的法國帶頭,規劃了世界性的「全球天文...
目錄
【關於封面】
人工智慧(AI)與機器人技術正在加快科學實驗的進展。這類自動化實驗室運用機器手臂、AI代理人與超級電腦,不需要人類操作實驗設備,還會提出下一階段的實驗建議,運作速度更是人類研究人員的100倍。這麼快的實驗速度會帶給科學界哪些衝擊?
封面設計:李婉琪
6 總編輯的話 看的是藝術,學的是科學――談科學藝術舞台劇的誕生 文/孫維新
8 科學人觀點 文/曾志朗
10 科學人新聞 寫在古籍中的太陽風暴|違反海岸線悖論?|專屬心臟的血壓感測|跟著月亮走,螞蟻不迷路|破紀錄的散熱金屬
17 機器思維 計算機理論科學的先驅:布盧姆 文/林一平
20 科學棋談 讓美國更強大的人 文/張瑞棋
22 天文學 建立跨洲觀測網:TP2m望遠鏡新的起點 文/徐湘芸
26 特別企劃 新科科學家:誰在寫歷史新頁 文/無
28 我的實驗室沒有人,把實驗交給AI機器人? 文/西森(Patrick Sisson)
37 機器人的手感,AI能拿捏嗎? 文/藍兆杰
44 不能變現的科學研究,還值得投資嗎? 文/羅傑斯(Adam Rogers)
54 頂尖科學家給美國的警告 文/布萊納(Jeanna Bryner)、海爾(Tara Haelle)、沙提雅納拉亞納(Megha Satyanarayana)、納維爾(Rachel Nuwer)、卡麥隆(Claire Cameron)
68 物理學家的兒時記趣 文/萊特曼(Alan Lightman)
70 讓美國再次偉大,那科學呢? 文/布藍(Deborah Blum)
80 用腳投票!移居海外的美國科學家 文/史柯爾斯(Sarah Scoles)
88 不靠政府撥款,千億地方資金救科學 文/波以耳(Rebecca Boyle)
99 怪咖?那些關於科學家的刻板印象 文/梭貝爾(Dava Sobel)
102 拿不到經費的博士,還有救嗎? 文/韋爾加諾(Dan Vergano)
110 教養好科學 家有ADHD:陪孩子懂自己 文/舒爾茨(Jerome Schultz)
114 圖表會說話 全球學術自由亮紅燈 文、圖表/克利斯提安森(Jen Christiansen)
116 知識搖籃 科學能算出幸福嗎? 文/黃貞祥
118 科學人選書 浪漫、古怪、會犯錯的科學家 整理/葉洹君
【關於封面】
人工智慧(AI)與機器人技術正在加快科學實驗的進展。這類自動化實驗室運用機器手臂、AI代理人與超級電腦,不需要人類操作實驗設備,還會提出下一階段的實驗建議,運作速度更是人類研究人員的100倍。這麼快的實驗速度會帶給科學界哪些衝擊?
封面設計:李婉琪
6 總編輯的話 看的是藝術,學的是科學――談科學藝術舞台劇的誕生 文/孫維新
8 科學人觀點 文/曾志朗
10 科學人新聞 寫在古籍中的太陽風暴|違反海岸線悖論?|專屬心臟的血壓感測|跟著月亮走,螞蟻不迷路|破紀錄的散熱金屬
17 機器思維 計...
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