第306期丨实验室的智能革命

第306期丨实验室的智能革命


罗振宇
策划人：冯启娜
和你一起终身学习，这里是罗辑思维。
昨天我们聊到了实验室。正好，最近我认识了一位大牛人，叫罗成伟，他所在的领域，
科技含量非常高。他是北大物理系毕业、哈佛生物信息系的博士后，现在是哈佛和MIT
共建的Broad研究所的研究员，还是两家生物科技公司的创始人，他也是咱们「得到」
App的用户，很了不起！
科学给我们的印象，往往是客观、严谨、精确。但是罗成伟和我说了一句话，改变了我
的这个想法。他说，目前实验还只是一门艺术（art），不是一门科学（science）。
什么意思呢？
很多科学实验，尤其是生物学实验，虽然实验条件、实验过程都是用文字写出来的，白
纸黑字，但是不同的人不同的手去做，实验结果就是不一样。
这不像计算机，不管你在哪儿用，不管你用哪一台，只要输入一个信息，机器跑出来的
结果肯定是一致的。但是同样一个生物实验，分别在北京和波士顿做，结果可能就是不
一样。
大家知道，可重复、可检验，是科学机制的核心。
一个科学家发表一篇论文，别人据此操作，能得出同样的结果，这才能证明你的论文是
成立的。你的实验被重复的次数越多，被其他科学家检验得越多，就越可信。
你如果要向《Nature》这样的顶级杂志提交论文，你不仅要交代每一个实验步骤是怎么
做的，还得把实验的原始数据上传服务器，允许所有人公开访问。别人读你的论文的时
候，他就会重复这个实验，看看是不是能得出同样的结果。
但是，很多实验，尤其是生物学实验有一个特点，就是重复性低。
之前万维钢老师就跟我讲过，医学领域的论文，很多结论过几年就被其他科学家的研究
推翻了。不是说之前的科学家不严谨，这是非常正常的现象。
为什么会有这个现象呢？
因为生物学、医学实验的复杂度太高，稍微一点点变化，都有可能对实验结果带来影响
。而这些变化，可能是常人注意不到的因素。
罗成伟举了一个例子。有一家全球顶级的生物材料纳米研究所搬新家，换了一栋楼，之
前做出来的实验结果，就再也做不出来了。整个团队花了两三个月的时间找原因，发现
原来是做实验用的炉子挪动了，烘烤的位置变了。于是，那帮顶级的博士生，又花了好
几个星期的时间去挪炉子，看看在哪个位置，才能做出结果来。
为什么说做实验是一门手艺呢？就是因为做实验的过程中，有太多只可意会不可言传的
东西，有太多的偶然因素。说白了，生物学实验在过去，还是小作坊，没有彻底的标准
化。
那怎么办呢？
罗成伟说，现在看到一个解决方案，就是智能化——编程，然后由双臂机器人来进行实
验操作。
机器人的好处，首先是标准化。不同人的手，做出来的实验是不一样的，所以说是一门
艺术嘛。机器只要共享的是同一个程序，做出来的实验就是一样的。
机器人的第二个好处，是个性化、可编程，甚至可以深度学习，自我进化。智能化实验
室，只要修改下数据模型，定义不同的任务，就能做出不同的实验。
你可不要小看这个变化。智能化实验室给整个生物科学界，甚至人类的科研进步，带来
不得了的影响。
首先，它能大幅提高科学发现的效率。
前面讲到，传统实验的问题是重复性低。实验员不可能把自己的每一步操作、每一个环
境变量都记录下来。比如，同样的实验室、同样的操作，博士小王每次都能做出结果，
博士小李就是做不出来，为什么呢？
因为小王习惯每天晚上10点钟去做实验，刚好撞到细胞系第5天分裂到第50代的时候，
去做某一个操作，才能得到这个结果。你如果在第48代去做，实验就是无效的。虽然中
间间隔只有几个小时，小王只是运气好，撞上了这个时间而已。实际上，可能他自己都
不知道为什么实验能做成。
一个实验中，可能存在成千上万个类似这样的因素，这些因素是人很难捕捉到的。但是
在智能化的实验室，机器人可以一边操作，一边把所有信息都记录在案。什么时间，什
么温度，细菌生长状况什么样，做了哪些操作，每个操作怎么做的。然后再去分析，什
么因素导致实验失败？满足哪些条件，实验才能成功？
把这些搞明白了，就能大幅提高实验的可重复性。换一个实验室，换一批科学家做，也
能做成，效率将大大提高。
第二，智能化实验室听起来是个高科技，很费钱。但实际上，它能降低实验的成本。
做实验最大的成本是什么？不仅仅是设备，关键是人，做实验的人。培养一个人是很花
钱的，培养周期又长。像哈佛、MIT（麻省理工学院）这种名校的博士生，那就是时间
和金子堆起来的。
这么贵的人，他们每天做的是什么呢？你可不要以为，他们每天做的都是科研突破、人
类创新。不，实验室里往往是劳动密集型工作，他们80%的时间都花在一遍一遍地做实
验上。因为科学发现，有时候就是一个试错的过程，在实验室里一个个试，看哪个能成。
为什么大学里，学生把导师叫老板？因为学生其实是给导师打工的嘛。就像小作坊里师
傅带徒弟，徒弟是给师傅打下手的。做实验这种费力不讨好的活，分配给博士生去做，
这样科学家才能在这些实验结果上面搞突破嘛。
罗成伟给我算了一笔账，一个大药厂一般要雇几百个实验员，一个人10-20万美元的年
薪。如果实验用的机械臂定价在15万美元以内，就可以替换掉大批的实验员。
更重要的是第三点，它能极大推动全球的科研协作。
现在科学家之间的协作靠什么？主要靠发论文、读论文。一个科学家有了研究成果，把
它写成论文，另一个科学家读了这篇论文，再根据论文中的提示做实验，在这个基础上
推动科研创新。
而智能化，能够让全球的实验室联网。就像苹果的Siri，你问它天气怎么样？它会获取
你所在的位置，发回服务器，查询服务器代理商对天气的预报，然后把这个信息反馈给
你。
未来，智能化的实验室也是这样。科学家不必有自己的实验室，可以对着语音助理说，
我想做一个什么实验。那边会自动把实验流程分析完毕，然后把实验完成，直接给你生
成一个数据报表。
现在，各个高校、各个国家的实验室之间是独立的，就像一个一个分散的部落。而未来
，全球的实验室将通过这种双臂机器人互通互联，科技研发的速度就会大大加快，人类
克服疾病和生物突破的速度也会加快。
你看，我们一谈起人工智能，就想起自动驾驶、语音识别这些大众比较熟悉领域。但是
人工智能这轮革命可没有这么简单，行行业业，各个领域都在发生颠覆性的变革。
从小作坊，到工业化，再到智能化；从分散部落，到全球互通互联；从人脑学习，到机
器学习——这样的进程在每个领域都在发生。
这个话题就聊到这里，明天见。