提出设想,上传方案,等待结果——云端实验室会开启科研黑箱时代吗？

2022-07-25 03:07

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AI实验员已经在许多实验室投入了实际应用，这些不知疲倦的机器人实验员不仅能够按照标准流程、不出差错的完成无数次的重复操作，甚至能够阅读论文、自行制定新的实验方案。而在另一些科学家看来，这种高效率、标准化的实验能力有着更加广阔的应用前景：就像是那些亿亿级的超级计算机提供高速计算服务一样，高水平的实验能力也可以进行外包服务，为科研人员提供一种新的研究方式。

以007工作制运行的实验员。

图源：Nature, 2020, 583(7815):237-241.

Brian Frezza 和 DJ Kleinbaum 是翡翠云实验室 (ECL) 的两位联合创始人。他们从小一起长大，一起就读于卡内基梅隆大学，毕业后于2010年在南旧金山创立了 Emerald Therapeutics，专注于开发抗病毒药物。这段经历与大部分的新人科学家都差不多，但是在建立实验室的过程中，他们被各种实验仪器折腾的够呛，为了能让每台机器都正常工作，不得不花费大量的时间和精力去学习各种说明书。最后，他们自行开发了一个软件来管理所有的设备并且购买了机器人来进行自动操作。令他们感到惊喜的是，这种标准化、自动化的实验方式不仅提高了研究效率，还大大提高了可重复性——代码是没有歧义的。

这段经历让他们意识到，能够按照高标准完美的进行实验也是一种科研能力，而且具有很大的通用性，最终他们成立了翡翠云实验室 (ECL) 。他们的设想是提供像 Netflix 一样的服务，购买会员服务的用户可以使用庞大完备的设备库，通过任务列表指定实验类型和时间，根据自己的需要配置设备，并获得实验的实时数据更新，还可以在线观看视频直播。AI实验员可以根据用户指令调整参数并识别可能出现的各种问题。从荧光标签的有机合成到原子力显微镜，从细胞培养、DNA 合成、液相色谱到结构分析如质谱和核磁共振，他们提供的实验和分析服务正在不断完善。

实验室里的机器人。

图源：Strateos, Inc.

ECL 的首批用户之一，澳大利的生物技术公司 CSL Behring 的研发总监 Germano Coppola 表示，这种服务就像“拥有一个 24/7 全天候运行的实验室，为科学家们提供了巨大的潜力，可以在无需进入实验室的情况下获得大量数据”。卡内基梅隆大学的博士生 Kolodieznyi 被邀请试用了ECL的服务，在七天之内，他就完美复现了自己博士论文里的结果，这让他感到非常惊喜，促使他在毕业之后选择加入了ECL。许多试用者的正面反馈，以及新冠疫情带来的阻碍，最终推动了卡内基梅隆大学投资4000万美元与 ECL 合作建立位于匹兹堡的云实验室——这是第一个在大学里建设的云实验室。实验室于2021年11月开工，计划于2023年年中投入使用。该大学的格伦德弗里斯院长 Rebecca Doerge 表示，该大学的教职员工和学生将会获得优先使用这个实验室的机会。

位于加利福尼亚州南旧金山的翡翠云实验室的自动化设施。

图源：翡翠云实验室

ECL 提供三个级别的服务，最低的一档可以同时运行3个任务，起价为每月 24000 美元。创始人之一的 Brian Frezza 承认这不算便宜，但是比起自行购买设备建立实验室的花费，长期来看这种方式还是能节省不少科研资金。而且随着经验的累积，他们的提供的服务水平可能超过最好的人类实验员，具有极高的可靠性和可重复性，当实验失败时，用户可以集中精力思考真正的问题所在，而不是需要花时间去排查是不是设备、试剂或者是操作过程出了什么错误。Kolodieznyi 同意这种看法：“我不记得有多少次，读到了一篇论文，尝试过多次却无法复现论文中的结果。但在云实验室中，如果只是复制粘贴同样的实验指令，它就会给出同样的结果。”

很多支持者表示，对于真正处于科研界的研究人员来说，云实验室只是多了一种选择，但是对很多根本没有机会使用这些专业设备，也不具备操作能力的人来说，这无疑是提供了一个以前不可能存在的创新机会——比如很多欠发达地区经费不足的科学家，或者是对科学充满热情但是受限于客观条件的高中学生，以及忙于生计但是依然有新想法的企业工程师，资金有限但是干劲十足的初创公司，云实验室的出现将大大降低验证他们奇思妙想的门槛。

十几块钱的计算器随处可见，大多数人未必清楚它是如何在1毫秒之内完成平方根或者三角函数之类相当复杂的计算的，但是这并不妨碍人们使用并且信赖它给出的结果。也许在不久的将来，这种开放式的科学实验服务将会像计算器一样普及开来，更多的科研工作将回归其创新的本质，提出设想，上传方案，等待结果，而不必再被繁琐重复的实验工作占去太多的时间和精力。同时由于更多的研究环节被数据化、标准化，新成果的可重复性也将会有很大的提升。