В этой японской лаборатории трудятся только роботы — и они меняют подход ученых к работе

Исследователи надеются к 2040 году создать лабораторный центр, в котором будут работать тысячи роботов, способных самостоятельно проводить эксперименты.

В биологической лаборатории в Токио десять роботов проводят эксперименты, используя свои две руки для работы с жидкостями, выращивания культур клеток и управления научным оборудованием, а также для выполнения других базовых задач. Центр инноваций в области робототехники при Институте науки Токио открыл свою автоматизированную лабораторию в апреле. По словам Дженки Канды, исследователя в области автоматизации, работающего в центре робототехники, в конце этого года лаборатория будет открыта для использования другими исследователями института. Он говорит, что конечной целью лаборатории является создание к 2040 или 2050 году объекта «фабричного масштаба» с тысячами роботов, которым смогут пользоваться местные и международные ученые.

Лаборатория с таким количеством роботов была бы захватывающей, говорит ученый-материаловед Ян Цзен. «Мне будет интересно посмотреть, как скоро они действительно достигнут этой цели», — отмечает Цзен, который надеется, что лабораторией смогут пользоваться специалисты со всего мира. Исследователи в области биологических наук занимаются автоматизацией лабораторной работы уже не менее десяти лет. Например, в некоторых учреждениях есть однорукие роботы, способные обрабатывать образцы в ходе экспериментов. Но двурукие роботы могут выполнять более сложные и изощренные задачи, говорит Цзен.

Роботы в токийской лаборатории также оснащены программным обеспечением на базе искусственного интеллекта, которое позволяет им самостоятельно принимать некоторые решения. Роботы не просто автоматизируют работу, они могут анализировать и совершенствовать экспериментальные методы и принимать решения относительно экспериментов, рассказывает Канда. Например, программа искусственного интеллекта, используемая Кандой и его коллегами, за 111 дней определила и протестировала 144 экспериментальных условия, чтобы выработать оптимальные условия для культивирования стволовых клеток человека. В другом эксперименте программа искусственного интеллекта смогла визуализировать культивируемые клетки и предсказать, как клетки будут расти со временем, а затем определить лучшее время для их сбора. Роботы также непрерывно ухаживали за клеточными культурами в течение восьми дней, пока исследователи были в отпуске.

Канда отмечает, что роботы экономят время исследователей, выполняя однотипные задачи, что позволяет им сосредоточиться на разработке экспериментов, интерпретации результатов и генерации новых идей. По словам Канды, его группе еще приходится выполнять некоторые задачи, такие как подготовка реагентов и материалов для роботов, а также устранение неисправностей и уборка после экспериментов. Он отмечает, что им также приходится пополнять запасы реагентов и расходных материалов в ходе экспериментов, если их расходуется много. Люди должны устранять неисправности оборудования и вмешиваться, когда роботы допускают ошибки. Коллектив работает над автоматизацией этих задач путем интеграции в роботов программного обеспечения, которое может действовать подобно ученым, использующим искусственный интеллект: принимать решения при возникновении ошибок и адаптировать протоколы в соответствии с конфигурацией лаборатории и доступными ресурсами и оборудованием. Однако до появления полностью автономных лабораторий еще далеко, поскольку интеграция программного обеспечения ИИ в физических роботов является сложной задачей и требует передовых навыков программирования. Роботы с ИИ потенциально могут выявлять и исправлять ошибки, такие как падение пробирки, без вмешательства человека. Но в целом, эти инновации все еще находятся на стадии проверки концепции.

Автономные роботизированные лаборатории вызвали дискуссию о том, будут ли ученые-люди заменены и им больше не понадобится осваивать базовые лабораторные навыки. Канда говорит, что маловероятно, что роботы займут места ученых. «Некоторые аспекты будут автоматизированы, но есть вещи, которые мы все еще не можем автоматизировать, например, многоэтапный синтез соединений", — объясняет он. Некоторые сложные молекулы по-прежнему сложно синтезировать людям, не говоря уже о роботах. В Японии лабораторные роботы могли бы выполнять задачи, которые обычно выполняют аспиранты и технический персонал, что помогло бы решить проблему нехватки кадров, отмечает Канда.

Но автоматизация обходится дорого, отмечает Цзен, даже в случае одноруких роботов, которые стали более распространенными примерно за последние три года. Некоторые однорукие роботы могут стоить от 20 000 до 30 000 долларов США к чему следует прибавить дополнительные расходы на лабораторные аксессуары. Канда рассказал, что их центр потратил по миллиону долларов на каждого робота. Не каждая лаборатория будет иметь такие ресурсы, поэтому создание центра, оснащенного роботами, которыми могут пользоваться другие исследователи, — это один из способов улучшить доступ к ним, полагает он.