–обот-учЄный впервые совершил насто€щее открытие

03.04.2009, 09:40



–обот-учЄный впервые совершил насто€щее открытие
’олодильник, инкубаторы, воздушные фильтры, семь камер, 20 датчиков, наборы реактивов, куча манипул€торов и актуаторов и четыре компьютера Ц таков современный "микробиолог" (фото Robot Scientist Project).

≈го зовут јдам, и он совсем не похож на учЄного. Ёто набор "шкафов" с "хитрой" начинкой и разнообразными руками-манипул€торами дл€ обращени€ с пробирками, пипетками да мензурками. Ќо если вы скажете, что јдам — всего лишь автоматизированное лабораторное оборудование, — то ошибЄтесь. ќн умеет обращатьс€ не только с лабораторным стеклом, но и со знани€ми: британский робот сам строит предположени€, задумывает эксперименты дл€ их проверки и делает выводы.

Adam работает в университете јберистуита (Aberystwyth University). «арплату ему не плат€т, но денег, вложенных в проект "–обот-учЄный" (Robot Scientist), стартовавший, к слову, в 1999 году, вполне хватило бы на оплату труда далеко не одного человека. ¬ чем тогда смысл затеи?

"јдам" — это перва€ экспериментальна€ система, призванна€ показать потенциал роботизации р€да исследований в биологии, а у́же — в генетике. » хот€ "јдам", ловко манипулиру€ подопытными живыми клетками, реактивами и лабораторной техникой, может выполн€ть до 1000 экспериментов в день, его создатели подчЄркивают Ц речь идЄт не о банальном ускорении ручного труда, св€занного с экспериментами. ¬ернее, не только о нЄм.

√лавное отличие британского робота от сходных установок в других институтах (где примен€ют манипул€торы дл€ обращени€ с сотн€ми тестовых пробирок) в том, что им управл€ют не люди, и даже не жЄстко "зашита€" в компьютере программа действий, а система искусственного интеллекта.

¬от как выполн€етс€ только один опыт: "јдам" самосто€тельно достаЄт из морозильника культуру и размораживает еЄ. ќн проводит с ней различные манипул€ции и помещает в инкубатор, где оставл€ет расти в течение суток, потом достаЄт образец и выполн€ет р€д измерений, снова отправл€ет его в инкубатор, и так Ц три дн€ (фото Robot Scientist Project).


¬от как выполн€етс€ только один опыт: "јдам" самосто€тельно достаЄт из морозильника культуру и размораживает еЄ. ќн проводит с ней различные манипул€ции и помещает в инкубатор, где оставл€ет расти в течение суток, потом достаЄт образец и выполн€ет р€д измерений, снова отправл€ет его в инкубатор, и так Ц три дн€ (фото Robot Scientist Project).

 онечно, это всЄ равно PC (несколько св€занных) c программой, созданной людьми. Ќо она написана так, что обладает (в некотором смысле) "свободой воли", то есть может принимать решение о дальнейшем ходе опыта в зависимости от полученного результата. —ама машина решает — что с чем смешивать, смотрит — что получаетс€, и свер€етс€ с имеющейс€ базой данных, касающейс€ объекта исследовани€.

ћашинное понимание результата — главное достижение этого проекта.

‘ормализаци€ процесса исследовани€ применительно к научной работе "јдама" потребовала описани€ древовидной структуры из 10 тыс€ч элементов опытов, расположенных в 10 уровней, а также миллионов биологических измерений.<br></br> стати, Adam Ц это и акроним от "A Discovery Machine", и библейское им€, традиционно св€зываемое с "началом" (и этот же персонаж может считатьс€ первым исследователем), а ещЄ Ц им€, данное машине в  честь знаменитого экономиста јдама —мита, который разработал теорию разделени€ труда, и, следовательно, автоматизации, Ц сообщают авторы кибернетического учЄного (фото Robot Scientist Project).


‘ормализаци€ процесса исследовани€ применительно к научной работе "јдама" потребовала описани€ древовидной структуры из 10 тыс€ч элементов опытов, расположенных в 10 уровней, а также миллионов биологических измерений.

 стати, Adam Ц это и акроним от "A Discovery Machine", и библейское им€, традиционно св€зываемое с "началом" (и этот же персонаж может считатьс€ первым исследователем), а ещЄ Ц им€, данное машине в честь знаменитого экономиста јдама —мита, который разработал теорию разделени€ труда, и, следовательно, автоматизации, Ц сообщают авторы кибернетического учЄного (фото Robot Scientist Project).

¬ других случа€х роботизированные лаборатории просто следуют заданному учЄными списку реактивов, которые нужно смешать в той или иной пропорции, перенести, нагреть или взболтать. “акие машины привели к резкому росту скорости проведени€ опытов в той же биологии, но интерпретаци€ их результатов оставалась возложенной на человека, а при очень большом числе экспериментов это оказалось узким местом во всЄм процессе.

"јдам" же принимает от людей общую задачу (изучение работы генов в определЄнном организме, например), составл€ет план опытов, выстраивает гипотезы, провер€ет их в деле, отбрасывает и выстраивает новые. —воим же хоз€евам робот выдаЄт финальный научный результат — знание.

ќ первых успехах киберучЄного из јберистуита. Ќо тогда машина "открыла" то, что люд€м уже было известно. “еперь же компьютерный биолог (после р€да усовершенствований) выдал учЄным "на блюдечке" ранее неизвестные сведени€. ј именно: машина самосто€тельно вы€снила роль 12 генов в клетках дрожжей Saccharomyces cerevisiae.

–абота генов, как известно, отражаетс€ на метаболизме, и это робот-учЄный также учитывает. ћетаболические процессы в дрожжах программа, управл€юща€ "јдамом", представл€ет в виде графов, где вершины Ц это химические соединени€, а грани Ц реакции.<br></br>ѕользу€сь математикой, логикой, теорией графов и уже имеющимис€ знани€ми о взаимосв€занных метаболических цеп€х, "јдам" прогнозирует цепочку перемен, которые произойдут в клетке при по€влении или удалении того или иного вещества, а затем провер€ет свою версию на опыте, внос€ в базу данных полученный ответ. Ёто помогает машине прицельно составл€ть план следующих опытов (фото Robot Scientist Project).
–абота генов, как известно, отражаетс€ на метаболизме, и это робот-учЄный также учитывает. ћетаболические процессы в дрожжах программа, управл€юща€ "јдамом", представл€ет в виде графов, где вершины Ц это химические соединени€, а грани Ц реакции.

ѕользу€сь математикой, логикой, теорией графов и уже имеющимис€ знани€ми о взаимосв€занных метаболических цеп€х, "јдам" прогнозирует цепочку перемен, которые произойдут в клетке при по€влении или удалении того или иного вещества, а затем провер€ет свою версию на опыте, внос€ в базу данных полученный ответ. Ёто помогает машине прицельно составл€ть план следующих опытов (фото Robot Scientist Project).

ƒа, на таком простом (относительно) материале создатели "јдама" отлаживают его умени€.

—еквенирование генома дрожжей было проведено давно, и оно вы€вило, что наследственный код этого организма состоит из 6000 генов. ’орошо, у учЄных теперь есть вс€ эта запись последовательностей оснований в ƒЌ , но что делает тот или иной ген? ”становить это не так уж просто.

"јдам" зан€т тем, что выключает в дрожжах выборочно тот или иной ген и наблюдает за ростом полученного штамма. ƒл€ чего в распор€жении машины имеетс€ специальное оборудование.

јвторы "јдама" сравнивают этот подход с преднамеренной поломкой машины — вы удал€ете деталь, пробуете завести мотор и поехать на автомобиле, заодно дела€ вывод — за что эта деталь отвечает.

¬сего "јдам" выдвинул 20 рабочих гипотез о происхождении 13 "бесхозных" ферментов, найденных в клетках дрожжей, из которых 12 ему удалось подтвердить, открыв тем самым функции 12 генов (фото Robot Scientist Project).
¬сего "јдам" выдвинул 20 рабочих гипотез о происхождении 13 "бесхозных" ферментов, найденных в клетках дрожжей, из которых 12 ему удалось подтвердить, открыв тем самым функции 12 генов (фото Robot Scientist Project).

ј как обычно поступают учЄные, получившие в своЄ распор€жение автоматику, многократно ускор€ющую проведение экспериментов? ќни запускают просто огромное число "хаотичных" опытов (например по отключению тех или иных генов). Ќеобработанные данные от них "складируют" в пам€ти компьютеров, а потом пытаютс€ в этой горе мусора отыскать крупинки золота — новые закономерности и €влени€. “о есть мухи (опыты) — отдельно, а котлеты (научные выводы) — отдельно.

Ёто непроизводительно. “ак что некоторые светлые умы даже составл€ют компьютерные программы, способные извлекать новые знани€ (св€зи между белками и генами, к примеру) из горы вроде бы не св€занных между собой опытов.

ћежду тем сами по себе люди, когда провод€т последовательную серию тестов, используют другую стратегию — стратегию итераций, последовательного приближени€ к цели путЄм планировани€ каждого следующего опыта в зависимости от результата предыдущего.

»менно этот путь и удалось воспроизвести в "мозге" "јдама" его создател€м. –обот этот умеет активно учитьс€, умеет решать — что нужно предприн€ть, чтобы проверить то или иное предположение, умеет пополн€ть свою базу данных. ќтбраковка гипотез позвол€ет машине всЄ врем€ сужать круг экспериментов на каждой следующей ступени итерации, тем самым существенно сокраща€ общее число опытов, которое нужно провести, чтобы прийти к верным выводам. ј это не только ускор€ет исследовани€, но и экономит врем€ лаборатории и даже деньги (реактивы). “ак что "јдам", хот€ и зан€т по сути перебором, перебор этот вовсе не "тупой".

ќдновременно с прорывом проекта Robot Scientist о сходном достижении сообщила друга€ научна€ группа. ”чЄным из  орнелла (Cornell University) удалось создать робота, который сумел сам вывести (заново "открыть") гамильтонианы и лангранжианы (функции, описывающие динамику механических систем), просто наблюда€ (!) за работой различных ма€тников и их систем. ѕри этом робот "заранее" не знал законов природы, а также физики, геометрии и кинематики.<br></br>ƒетали этого исследовани€ также вышли в научной <noindex><a href="https://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/sci;324/5923/81" rel="nofollow">публикации</a></noindex> в Science, плюс Ц в этой <noindex><a href="https://www.sciencedaily.com/releases/2009/04/090402143457.htm" rel="nofollow">новости</a></noindex>. ј на снимках показаны авторы системы ’од Ћипсон (Hod Lipson), на первом кадре он справа, и ћайкл Ўмидт (Michael Schmidt), а также использованные ими ма€тники (фотографии Jonathan Hiller/Cornell University).
ќдновременно с прорывом проекта Robot Scientist о сходном достижении сообщила друга€ научна€ группа. ”чЄным из  орнелла (Cornell University) удалось создать робота, который сумел сам вывести (заново "открыть") гамильтонианы и лангранжианы (функции, описывающие динамику механических систем), просто наблюда€ (!) за работой различных ма€тников и их систем. ѕри этом робот "заранее" не знал законов природы, а также физики, геометрии и кинематики.

ƒетали этого исследовани€ также вышли в научной публикации в Science, плюс Ц в этой новости. ј на снимках показаны авторы системы ’од Ћипсон (Hod Lipson), на первом кадре он справа, и ћайкл Ўмидт (Michael Schmidt), а также использованные ими ма€тники (фотографии Jonathan Hiller/Cornell University).

“ут надо отметить, что щедрые авансы и дифирамбы в адрес "јдама" некоторым специалистам кажутс€ несколько преувеличенными. “ак ƒюк ‘ам (Duc Pham) из  ардиффа (Cardiff University) комментирует: "Ёто больше похоже на младшего лаборанта, чем на учЄного. ѕройдЄт много времени, прежде чем компьютер сможет заменить человека".

„то могут на это сказать "отцы" электронного лаборанта?

ѕрофессор –осс  инг (Ross King) Ц глава проекта киберучЄного, один из членов группы "¬ычислительной биологии" (Computational Biology) университета јберистуита, котора€ и разрабатывает проект Robot Scientist.

–осс соглашаетс€, что "јдам" ещЄ находитс€ в стадии развити€ (и это несмотр€ на несколько лет уже прошедшей эволюции системы). » потом — разве кто-то говорил о полной замене? Ћишь об интеллектуальной помощи.

ѕрофессор  инг говорит: "јдам €вл€етс€ прототипом, однако в течение 10-20 лет, € думаю, такие машины, как эта, могли бы широко использоватьс€ в лаборатори€х" (фото Robot Scientist Project).
ѕрофессор  инг говорит: "јдам €вл€етс€ прототипом, однако в течение 10-20 лет, € думаю, такие машины, как эта, могли бы широко использоватьс€ в лаборатори€х" (фото Robot Scientist Project).

Ќо всЄ же. "≈сли вы потратите все деньги, что мы вложили в "јдама", на оплату биологов-людей, робот, веро€тно, не покажетс€ вам экономически эффективным вариантом, — говорит  инг. — Ќо так было и в случае с первым автомобилем. ѕервоначально инвестиции в технологии не были столь эффективными с точки зрени€ снижени€ затрат, в сравнении с лошадьми".

» сам проект Robot Scientist намерен доказать этот тезис путЄм расширени€ его на другие дисциплины. ¬ недрах группы уже зреет ещЄ один робот-учЄный Ц "≈ва" (Eve), которого стро€т дл€ скоростной разработки новых лекарств. ѕерва€ еЄ задача — борьба с мал€рией.

Ћюбопытно, что "јдам" будет помогать "напарнице": его подр€д€т дл€ создани€ дрожжевых культур, необходимых "≈ве" дл€ проведени€ биохимических тестов.

ј это "≈ва", но она ещЄ не полностью готова (фото Robot Scientist Project).
ј это "≈ва", но она ещЄ не полностью готова (фото Robot Scientist Project).

≈сли эта пара или последующие роботы такого типа окажутс€ действительно распространЄнными, — что делать живым учЄным? "«аниматьс€ более сложными экспериментами", — улыбаетс€  инг.


 лючевые слова:
Robot
Scientist
опыты
Project
ген
University
исследовани€
эксперименты
биологи€
учЄный
проект
машины
человек
проект
»скусственный интеллект
робот
робототехника


¬ернутьс€ в рубрику:

»скусственный интеллект


≈сли вы хотите видеть на нашем сайте больше статей то кликните ѕоделитьс€ в социальных сет€х! —пасибо!
—мотрите также:

ќбратите внимание полезна€ информаци€.