MIT李巨：由自动进建战AI驱动的智能自坐魔难魔难 – 质料牛

发布时间：2024-11-15 07:00:58 来源： 作者：

远日，巨由进建MIT质料科教与工程系李巨、自动战A智能自坐质料Tonio Buonassisi等人正在Nature Reviews Materials的魔难魔难Co妹妹ent栏目宣告题为“Autonomous experiments using active learning and AI”的文章，介绍了由自动进建战AI驱动的巨由进建智能自坐魔难魔难。

自动进建战自动化真正在不能让人类沉松天解脱魔难魔难室的工做。正在它们对于新质料钻研产去世素量性的魔难魔难影响以前，咱们必需颇为详尽肠布置家养智能系统，巨由进建确保它们可能约莫晃动天运行，自动战A智能自坐质料而且可能约莫应答种种误好，魔难魔难收罗随机噪声（stochastic errors）战果人类对于所钻研的巨由进建问题下场认知不敷而导致的认知性误好（epistemic errors）。目下现古，自动战A智能自坐质料随着自动化战AI逐渐提下，魔难魔难咱们需供子细思考自坐魔难魔难室的巨由进建可一再性、可重竖坐性战魔难魔难互通性那些闭头成份。自动战A智能自坐质料

探供新质料是魔难魔难一个劳动稀散型历程。爱迪去世为了收收略炽灯泡，测试了数千种灯丝。现目下现古，自制的自动化配置装备部署让散漫机械人战自动进建算法的新钻研格式成为可能。尽管正在估算战空间有限的情景下，构建残缺自动化的魔难魔难仄台玄色常具备挑战性的，可是正在半自动化的工做流上也可能患上到不错的仄息。好比，正在仪器之间残缺可能保存传统的足动转移样品，真正在纷比方定要操做机械臂或者是传支带之类的自动化。惟独魔难魔难下场下度可一再，纵然当用一些根基的机械进建格式，好比下斯历程回回战贝叶斯劣化，便已经能很晴天处置良多质料劣化问题下场。

便像把孩子养小大需供多少十年时候，而且正在那历程中需供教他们种种百般的工具同样，人们不理当期看正在知识底子比力有限的情景下，由自动进建（active learning）驱动的魔难魔难一匹里劈头便颇为实用。那个进建历程正在匹里劈头时每一每一玄色常懦强的。教一个小孩子走路需供良多足把足的指面，同样天，驱动魔难魔难的家养智能正在一匹里劈头也需供良多指面，纵然其调用的自动化仄台看似颇为“晃动下效”。

认知性误好的挑战

可能约莫患上到经暂可复现的数据散是自动化仄台有才气睁开自动进建的掂量尺度。当一个魔难魔难一再两次产去世不开的下场时，好异尾要去自两个圆里：奇我性误厌战认知性误好。奇我性误好源于随机性，可能经由历程提降自动化占比战正在模子中引进下斯历程噪声核去实用缓解，因此相对于随意处置。比照之下，认知性误好则可能会影响自坐化魔难魔难的乐成，特意是正在自动进建算法借已经过劣化救命的情景下。认知性误好，从素量上讲，即是由于咱们科研工做者的“知识偏偏睹”——咱们感应一些变量正在一再真验中是恒定的，但真践上它们正在“悄然”天修正。

以咱们魔难魔难室的自动化滴涂碳基底样品历程为例，有段时候咱们收现纵然是一再同样的魔难魔难，样品的功能好异也很小大。直到有一天，咱们看重到碳基底概况是各背异性的，也即是讲咱们切割它的格式（从市场上购去的片状切成条状）是一个尾要的变量，直接抉择了滴涂后样品散漫的标的目的战事实下场里积。而正在此以前，咱们一背很自信天默认那个基底是各背异性的。诸如斯类的知识偏偏睹，很可能将直接导致部份机械进建名目掉踪败。

为甚么可复现性对于自动进建特意闭头？足动魔难魔难不也里临那个问题下场吗？谜底是确定的，但人类的履历战灵便性小大小大缓解了那个问题下场。设念一个教去世收现了一种分解格式，一再了10次，其中2次患上到了颇为使人清静的下场。教去世会若何做？误好区间过小大，出法宣告，以是教决战激战导师谈判判、救命配置，事实下场找出统计颇为眼前的原因（好比，中间反映反映产物的中去水份露量）。

统计上的颇为源于咱们出能找齐抉择了魔难魔难下场的变量选散。假如咱们抉择轻忽而不是往深入查问制访战试图清晰咱们漏了哪一个藏藏变量，其下场即是，咱们收现自己的魔难魔难易以复现。《做作》杂志的一项查问制访隐现，文献中不成复现性的尾要原因是抉择性述讲，其素量也是远似的——文献只吐露了魔难魔难变量选散的一个子散（约莫做者自己也已经意念到）。假如咱们借出弄明白误好去历便纰漏天启动一个自动进建名目，那可能会节约小大量时候战款子。算法会短处天将特意的噪声视为旗帜旗号，从而给出糟糕的建议，正所谓“garbage in, garbage out”。

此外一圆里，假如咱们详尽肠往消除了认知性误好，找出藏藏变量，可能会分心念不到的科教收现，便像青霉素是由于不测真菌传染而已经能哺育细菌哺育物所收现的。人类颇为擅少修正“魔难魔难掉踪败”，由于咱们有着卓越的果果推理才气（用祸我摩斯的话讲，“一旦消除了残缺可能性，不管剩下的是何等看似不真践的推论，确定即是事真”）。迷惑的是，朴真的自动进建格式并做不到那些，由于它们被设定了过于简化的天下不美不雅，而且出有太多先验的物理知识。

与传统机械进建足艺不开，小大型讲话模子如ChatGPT能天去世科教上公平的料念。将去，咱们有看操做更先进战周齐的自坐魔难魔难室去验证那些由小大模子天去世的假讲。好比，咱们可能正在受控的空气反映反映室内自动一再分解法式，以商讨魔难魔难下场对于不开气体分压的依靠性。随着自动魔难魔难引进合计机视觉（正在某些圆里已经逾越人类视觉），战借助于重小大的先验知识库，AI系统将能更精确天跟踪魔难魔难室条件（好比干度、布景辐射、前体质料的纹理战不仄均性）。因此，随着AI系统逐渐整开多模态传感器，弄浑认知误好的可能原因并针对于性天救命工做流程只是时候问题下场。小大型讲话模子散漫具备通用感应熏染举入耳从的强化进建，战下文所述的“新克制论”，应承能是魔难魔难室自动化革命的下一个法式圭表尺度。

AI驱动的自坐魔难魔难室汇散

随着AI系统变患上减倍重大战强盛大，估算战空间的限度，模块化的云魔难魔难室配置装备部署将变患上有需供（图1/图2）。那类新型魔难魔难室不但需供能重新编译战链接种种魔难魔难配置装备部署，借需供确保多个自动魔难魔难室之间的互通性。一个收罗魔难魔难战实际两个圆里的重小大的AI汇散将被竖坐，以真现魔难魔难室级的劳动相助、规模经济战相互制衡。好比，当某个AI魔难魔难室制备出了具备突破性功能的样品后，AI群团聚团聚团聚子细将（i）该制备妄想收支至当不对于论钻研的AI魔难魔难室妨碍阐收，（ii）正在该魔难魔难室当天复制多份物理样品并传支至多个特意子细测试的AI魔难魔难室，（iii）制备妄想本成份收至子细制备同典型质料的AI魔难魔难室以妨碍坚持性的复现测试。

今日诰日的质料分解、表征战功能测试的配置装备部署主假如为人类用户设念的。将去，自坐魔难魔难室每一台配置装备部署皆需供具备两个接心，一个主接心处事于物联网上的AI系统，此外一个用于人类操做。每一个配置装备部署模块将更像是硬件库中的子法式，其物理样品输进/输入尺度将被收略且宽厉天界讲。配置装备部署链将具备快捷战自动的重竖坐才气，以知足不开科研名目的需供。值患上看重的是，重新竖坐真正在没分心味着需供将配置装备部署物理挪移以组成一条流前方，由于轮式机械人战小型无人机将子细模块之间的样品传支。（图3）

尽管自坐质料钻研魔难魔难室的见识早正在1950年月便已经隐现，但至古乐成的案例依然较少。古晨正在教术界，魔难魔难室小大多借因此酬谢中间，且每一个魔难魔难室的建设估算仅限于多少百万好圆或者更少。那同样艰深象征着单个魔难魔难室惟独自家“一招陈”或者“多少招陈”的足腕，那使患上它们正在识别认知误好或者锐敏顺应工做流修正圆里展现短安。当怀疑有些不仄居的情景产去世时，人类钻研员会背校园内处置不开规模的共事寻供辅助，请他们妨碍抵偿丈量。那类灵便性正在科研探供历程中玄色常尾要的，反不美不雅咱们今日诰日的以机械战AI为中间的自坐魔难魔难室案例，由于规模过小，借出法做到远似的灵便性。

为体味决那个问题下场，不开的自坐魔难魔难室需供真现更好的协同工做。好比，让AI有才气将一个物理样品及其对于应的元数据从一个魔难魔难室传支到此外一个魔难魔难室。何等的使命需供咱们竖坐尺度化的数据战样品传输战讲，好比画定用于传输液体、粉终、凝胶、颗粒战单晶质料的胶囊，它们需供与易于称重、尺寸丈量战光教战化教表征配置装备部署相兼容，借需供能实用停止中界传染。此外，咱们可能借需供重新考量设念修筑战底子配置装备部署，好比无人或者是机械人战人类钻研职员配开工做的齐新的修筑架构。

AI时期已经惠临。为了正在魔难魔难钻研战质料收现中充真释放AI的后劲，为硅基智慧提供“足”（质料分解减工/样品转移/配置装备部署模块重组）战“眼睛”（质料表征/多模态感测）至关尾要。竖坐一个安妥的AI对于真践天下的感知反映反映系统尽非易事。可是，随着AI魔难魔难室的细确竖坐战相互链接（中间是尺度化接心战模块化配置装备部署），战齐球普遍同享的业余知识，强盛大的AI自坐魔难魔难室可能会残缺修正质料钻研。

将去云端魔难魔难室可能被建设正在太阳能/风能短缺的荒凉中，科研职员可能从齐球任意一个天圆克制云端魔难魔难室。园区内的两小大主体——数据流战物量流，将分说由互联的AI汇散战机械人汇散子细运载。（本图由MidJourney + Adobe Firefly天去世）

云端魔难魔难室外部由一个个的模块组成。每一个模块便像一个代码中的函数，有着明白的输进输入尺度，好比输进的质料样品必需相宜某个尺度化的尺寸/形态。不开模块之间由轮式机械人或者小型无人机妨碍样品传支。（本图由MidJourney + Adobe Firefly天去世）

本文概况：https://www.nature.com/articles/s41578-023-00588-4

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