利用人工智能和机器人推动科学发展

人类研究人员将永远在科学中发挥作用，但人类在探索科学方面有许多局限。我们需要吃饭和睡觉，我们的情绪会影响行为，我们的身体很容易受到不可挽回的伤害——所有这些都可能阻碍科学成就。美国阿贡国家实验室最近的发展表明，应该让机器人做一些工作，研究人员称之为“自主发现”，该实验室希望依靠由人工智能软件编程的多功能物理机器人来提高科学生产力。 人工智能软件编程的多功能物理机器人可以自动化重复性任务，从而释放人类研究人员的时间和精力。它们可以承担一些危险工作，比如在危险环境中进行探测和实验。此外，机器人可以以更高的速度和准确性处理大量的数据，从而提高科学研究的效率和质量。 然而，机器人并不是要取代人类研究人员，而是作为他们的合作伙伴和工具。通过充分利用机器人的多功能性和高效性，人类研究人员可以更专注于创造性的思考和

阿贡国家实验室的计算机科学家和生物信息学家Casey Stone最近在阿贡国家实验室的Outloud会议上发表了关于自主发现的演讲。

Stone在演讲结束后接受采访时说：“自主发现将有助于科学家进行更多的实验，更快地得出结果。”“在复杂和大规模的实验中，机器人可以整夜进行工作，并且可以在同一机器人的多个副本上并行进行实验。”这将解放科学家的时间，使他们能够专注于提出其他创新性的解决方案，或者将实验室时间集中在可能导致新假设的小规模研究上。”

数十年来，科幻小说作家们一直对机器人从事繁重或无聊重复工作的概念感到困惑，但真正实现这一目标并非易事。Stone概述了研究人员目前面临的挑战以及自主发现带来的机遇。

软件和硬件模块化

想要深入自主发现的科学家面临的主要挑战之一是所涉及的软件和硬件都需要大量的模块化。Stone指出，阿贡国家实验室的科学家们正在研究跨越许多实验领域的复杂问题，因此他们需要机器人尽可能灵活，以适应不断变化的实验需求。所以他们需要机器人尽可能灵活，以适应不断变化的实验需求，但这就需要机器人尽可能灵活，以适应不断变化的实验需求。因此，他们需要机器人人尽可能灵活，以适应不断变化的实验需求。

关于硬件，阿贡实验室将每个机器人仪器放在小推车上。每个小车包含所有需要的计算能力和传感器从而使仪器工作，并确保它的功能设计。这个系统的美妙之处在于每个仪器都是独立的，所以科学家们可以把小推车从其他仪器上卸下来，而不会干扰系统的其他部分。

这种模块化也允许科学家使用更多类型的所需仪器。如果一个特定的机器人在这个过程中花费的时间太长，研究人员可以将更多的同类机器人连接到系统中，同时执行操作来提高速度。

Stone表示，目前的小推车系统只是硬件模式的第一次迭代。他谈到了未来的实验室，在那里人类不需要自己把仪器放好。 “相反，这些仪器位于移动平台上，可以根据实验的需求自行滚动成阵形。在这种情况下，我们可以利用优化算法以最佳方式安排仪器，以尽快完成实验。” 这种创新的方法将提高实验效率和准确性，以更快地完成实验。

就软件而言，Stone表示每个仪器的代码都包含在Argonne的AD-SDL GitHub存储库中。例如，控制PF400机械臂所需的所有代码都可以在这里找到，并且控制OT-2液体搬运机器人所需的所有代码也都在这里。

将每种仪器的代码分开，可以更容易地设置机器人实验室，因为研究人员只需要为他们当前想要使用的仪器设置相关的代码。

仪器本身、来自GitHub存储库的相关代码以及允许仪器运行所需的计算机/传感器的组合称为模块。Stone表示，模块是一个独立的单元，可以像乐高积木一样从整个机器人实验室中添加或移除。

每个模块向系统的其余部分传播某些信息——比如它能够完成什么操作，它是否准备好接收命令，以及它有什么可用的资源。每个模块都可以接收命令，执行命令，然后指示命令何时完成。然后，REST API服务器以正确的顺序处理实验操作到仪器的分布。服务器等待每个命令完成后再发送下一个命令。

Stone说:“这样，每台仪器的功能都是完全独立的，服务器负责将它们整合在一起。”“如果你删除一个仪器并用其他仪器代替它，只需要很少的代码更改就可以使系统重新启动并运行。”

Stone还指出，这些资源被设计得既通用又有效，阿贡国家实验室的研究人员正在努力消除尽可能多的障碍。这种共享资源的心态直接影响了阿贡国家实验室自主研究工作的核心。阿贡在这里开发的所有软件都是开源的，Stone强调了这项工作的集体主义性质。

Stone说:“作为一个国家实验室，我们的目标是进行发现并推动创新，而不是从我们的科学发现中获利。”“我们努力让科学进步变得触手可及，并使我们周围的社区受益。使我们的代码开放源代码使其他团体能够将自动发现引入他们的科学过程，即使他们可能没有资金支付更昂贵的科学仪器集成专有解决方案。”

阿贡国家实验室的科学家们通过帮助他人也帮助自己。通过将此代码开源，研究人员可以围绕机器人和仪器集成开发一个集体知识库。任何使用此代码的科学家都可以为相同的软件堆栈做出贡献，并以其他人的发现为基础。