Добро пожаловать в лабораторию без людей: роботы уже справляются с экспериментами сами — и это только начало
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 искусственного интеллекта (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.