Добро пожаловать в лабораторию без людей: роботы уже справляются с экспериментами сами — и это только начало
NewsMakerЯпония решила: привычная нам наука очень уж устарела.
В токийской биологической лаборатории часть рутинной работы уже выполняют не аспиранты и лаборанты, а 10 двухруких роботов . Машины переносят жидкости, выращивают клетки в культуральных планшетах, управляют научными приборами и берут на себя операции, которые обычно требуют часов однообразной ручной работы. Следующая цель японских исследователей намного масштабнее: к 2040 или 2050 году они хотят построить лабораторию с тысячами роботов, доступную учёным из разных стран.
Автоматизированная лаборатория открылась в апреле в Центре робототехнических инноваций Токийского института науки. Позже в 2026 году её смогут использовать другие исследователи института, рассказал специалист по автоматизации Гэнки Канда. В долгосрочном плане центр хочет перейти от экспериментальной площадки к объекту фабричного масштаба, где роботы будут проводить биологические опыты почти без постоянного участия людей.
Для науки о жизни автоматизация не новость. Исследователи уже больше 10 лет используют роботизированные установки, например однорукие системы для обработки образцов. Но двухрукие роботы умеют больше: им проще работать с приборами, перемещать лабораторную посуду, брать пипетки, менять материалы и выполнять операции, похожие на действия человека у рабочего стола. Материаловед Ян Цзэн из Университета Вандербильта считает, что лаборатория с тысячами роботов могла бы стать для биологии объектом уровня CERN, если японской команде удастся открыть такой центр для международных проектов.
Главное отличие токийской лаборатории не только в манипуляторах. Роботы работают вместе с программами ИИ , которые помогают принимать решения во время экспериментов. По словам химика Эндрю Купера из Ливерпульского университета, такие системы уже не просто повторяют заранее заданные действия. Они могут анализировать методику и улучшать экспериментальные условия.
Канда привёл пример со стволовыми клетками человека. ИИ-программа его команды выбрала и проверила 144 варианта условий за 111 дней, чтобы найти оптимальный режим культивирования. В другом эксперименте система фотографировала клетки, растущие на лабораторной посуде, предсказывала их дальнейший рост и рассчитывала лучший момент для сбора культуры. Роботы также восемь дней подряд присматривали за клеточными культурами, пока исследователи были в отпуске.
Для биологии такие задачи особенно утомительны. Клеточные культуры требуют регулярного ухода: нужно менять среды, следить за состоянием клеток, соблюдать стерильность и не пропускать моменты, когда культура готова к следующему этапу. Ошибка или задержка может испортить опыт. Роботы помогают снять с людей часть постоянного контроля и дают исследователям больше времени на планирование экспериментов, анализ данных и новые идеи.
Полностью самостоятельной лаборатория пока не стала. Команда Канды по-прежнему готовит реагенты и материалы, загружает расходники, устраняет неполадки и убирает после экспериментов. Если во время работы заканчиваются реагенты или одноразовые материалы, людям приходится пополнять запасы. При сбоях оборудования или ошибках робота исследователи тоже вмешиваются вручную.
Сейчас команда пытается автоматизировать и эти участки. Роботам хотят добавить программное обеспечение, которое будет вести себя ближе к ИИ-учёному: принимать решения при ошибках, менять протоколы под конкретную лабораторию, учитывать доступные материалы, приборы и ограничения оборудования. По замыслу разработчиков, такая система должна не только выполнять инструкции, но и адаптировать план опыта, если условия меняются.
Возможно, до полностью автономных лабораторий ещё далеко. Интеграция ИИ с физическими роботами остаётся сложной инженерной задачей и требует серьёзного программирования. В перспективе робот с ИИ сможет сам распознать ошибку, например упавшую пробирку, и исправить ситуацию без человека. Но такие возможности пока находятся на стадии проверки концепции, а не повседневной лабораторной практики.
Даже в нынешнем виде токийская лаборатория показывает, как меняется работа учёного. Роботы не заменили исследователей полностью и не избавили лабораторию от человеческого контроля. Зато они уже берут на себя повторяемые действия, помогают подбирать условия опытов и поддерживают живые клеточные культуры несколько суток подряд. Следующий рубеж для японской команды - превратить 10 роботов в инфраструктуру, где сотни или тысячи машин смогут проводить эксперименты для учёных из разных лабораторий.
В токийской биологической лаборатории часть рутинной работы уже выполняют не аспиранты и лаборанты, а 10 двухруких роботов . Машины переносят жидкости, выращивают клетки в культуральных планшетах, управляют научными приборами и берут на себя операции, которые обычно требуют часов однообразной ручной работы. Следующая цель японских исследователей намного масштабнее: к 2040 или 2050 году они хотят построить лабораторию с тысячами роботов, доступную учёным из разных стран.
Автоматизированная лаборатория открылась в апреле в Центре робототехнических инноваций Токийского института науки. Позже в 2026 году её смогут использовать другие исследователи института, рассказал специалист по автоматизации Гэнки Канда. В долгосрочном плане центр хочет перейти от экспериментальной площадки к объекту фабричного масштаба, где роботы будут проводить биологические опыты почти без постоянного участия людей.
Для науки о жизни автоматизация не новость. Исследователи уже больше 10 лет используют роботизированные установки, например однорукие системы для обработки образцов. Но двухрукие роботы умеют больше: им проще работать с приборами, перемещать лабораторную посуду, брать пипетки, менять материалы и выполнять операции, похожие на действия человека у рабочего стола. Материаловед Ян Цзэн из Университета Вандербильта считает, что лаборатория с тысячами роботов могла бы стать для биологии объектом уровня CERN, если японской команде удастся открыть такой центр для международных проектов.
Главное отличие токийской лаборатории не только в манипуляторах. Роботы работают вместе с программами ИИ , которые помогают принимать решения во время экспериментов. По словам химика Эндрю Купера из Ливерпульского университета, такие системы уже не просто повторяют заранее заданные действия. Они могут анализировать методику и улучшать экспериментальные условия.
Канда привёл пример со стволовыми клетками человека. ИИ-программа его команды выбрала и проверила 144 варианта условий за 111 дней, чтобы найти оптимальный режим культивирования. В другом эксперименте система фотографировала клетки, растущие на лабораторной посуде, предсказывала их дальнейший рост и рассчитывала лучший момент для сбора культуры. Роботы также восемь дней подряд присматривали за клеточными культурами, пока исследователи были в отпуске.
Для биологии такие задачи особенно утомительны. Клеточные культуры требуют регулярного ухода: нужно менять среды, следить за состоянием клеток, соблюдать стерильность и не пропускать моменты, когда культура готова к следующему этапу. Ошибка или задержка может испортить опыт. Роботы помогают снять с людей часть постоянного контроля и дают исследователям больше времени на планирование экспериментов, анализ данных и новые идеи.
Полностью самостоятельной лаборатория пока не стала. Команда Канды по-прежнему готовит реагенты и материалы, загружает расходники, устраняет неполадки и убирает после экспериментов. Если во время работы заканчиваются реагенты или одноразовые материалы, людям приходится пополнять запасы. При сбоях оборудования или ошибках робота исследователи тоже вмешиваются вручную.
Сейчас команда пытается автоматизировать и эти участки. Роботам хотят добавить программное обеспечение, которое будет вести себя ближе к ИИ-учёному: принимать решения при ошибках, менять протоколы под конкретную лабораторию, учитывать доступные материалы, приборы и ограничения оборудования. По замыслу разработчиков, такая система должна не только выполнять инструкции, но и адаптировать план опыта, если условия меняются.
Возможно, до полностью автономных лабораторий ещё далеко. Интеграция ИИ с физическими роботами остаётся сложной инженерной задачей и требует серьёзного программирования. В перспективе робот с ИИ сможет сам распознать ошибку, например упавшую пробирку, и исправить ситуацию без человека. Но такие возможности пока находятся на стадии проверки концепции, а не повседневной лабораторной практики.
Даже в нынешнем виде токийская лаборатория показывает, как меняется работа учёного. Роботы не заменили исследователей полностью и не избавили лабораторию от человеческого контроля. Зато они уже берут на себя повторяемые действия, помогают подбирать условия опытов и поддерживают живые клеточные культуры несколько суток подряд. Следующий рубеж для японской команды - превратить 10 роботов в инфраструктуру, где сотни или тысячи машин смогут проводить эксперименты для учёных из разных лабораторий.