Он работает в обычной лаборатории и использует те же инструменты, что и люди. Машина самостоятельно решает, какие опыты производить, и уже создала первый катализатор.
Робот во время проведения эксперимента / © Dr Benjamin Burger
Робота-ученого показала команда из Университета Ливерпуля. По размерам он схож с человеком (1,75 метра в высоту), может свободно перемещаться по лаборатории и использовать различное оборудование (обычно роботы не особо мобильны и выполняют только конкретные задачи). Но, в отличие от живого исследователя, он весит 400 килограммов, обладает бесконечным терпением и работает 21,5 часа в сутки. Остальное время ему нужно на подзарядку.
Разработка, описанная в журнале Nature, может помочь решить проблемы, с которыми трудно справиться человеку из-за разнообразия типов образцов, операций, инструментов и необходимых измерений. Например, автономные роботы могли бы искать материалы для производства чистой энергии или создавать препараты, перебирая огромное количество соединений.
Ученые использовали робота, чтобы найти новые фотокатализаторы для получения водорода из воды. За восемь дней робот проработал 172 часа, проведя за это время 688 экспериментов. Он выполняет самостоятельно все задачи: например, взвешивание твердых веществ, дозирование жидкостей, удаление воздуха из емкости, запуск каталитической реакции и количественное определение продуктов реакции.
Аспирант Ливерпульского университета доктор Бенджамин Бергер, который построил и запрограммировал робота, рассказал: «Самой большой проблемой было сделать систему надежной. Чтобы работать автономно в течение нескольких дней, осуществляя тысячи тонких манипуляций, частота промахов для каждой поставленной роботу задачи должна быть очень низкой. Но как только мы разобрались с этим, он стал совершать куда меньше ошибок, чем человек-оператор».
Мозг робота использует байесовский поисковый алгоритм. Он обрабатывает полученные данные и вычисляет условную вероятность некоторого события. Это позволяет ориентироваться в огромном количестве возможных экспериментов (вариантов более 98 миллионов) и, основываясь на результатах ранних опытов, решать, какой стоит провести следующим. Так, робот самостоятельно, без дополнительного руководства со стороны исследовательской группы, открыл катализатор — в шесть раз более активный, чем известные составы.
Эндрю Купер, профессор отделения химии и инновационных материалов Ливерпульского университета, который руководил проектом, отметил, что разработчики хотели автоматизировать ученого, а не процесс исследования. «Это не просто еще одна машина в лаборатории: это новый супермощный член команды, который освобождает для людей-исследователей время, чтобы думать творчески». Новый подход можно будет использовать в обычных лабораториях для решения целого ряда сложных задач, выходящих за рамки фотокатализа.
