美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室的材料和制造部的自主研究系統(tǒng)或稱(chēng)ARES,集成了機(jī)器人、人工智能和數(shù)據(jù)科學(xué),很大程度改變了空軍研究試驗(yàn)室的材料研究方式,無(wú)需人的干預(yù),能夠設(shè)計(jì)、實(shí)施和評(píng)估試驗(yàn)數(shù)據(jù),是材料研究過(guò)程的革命。

ARES是第一種用于材料開(kāi)發(fā)的系統(tǒng),將自主機(jī)器人、人工智能、數(shù)據(jù)科學(xué)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)技術(shù)相結(jié)合,不僅能夠使人們更快和更智能地知道如何做試驗(yàn),而且在短期內(nèi)提升科學(xué)認(rèn)知。
傳統(tǒng)材料科學(xué)研究是耗時(shí)、以人為中心的過(guò)程,利用某種個(gè)人的知識(shí)、耐心和理解進(jìn)行設(shè)計(jì)、實(shí)施、分析并解釋試驗(yàn)數(shù)據(jù),然后做出決定。一個(gè)典型研究團(tuán)隊(duì)利用傳統(tǒng)研究方法一天只能做一到兩個(gè)試驗(yàn)。而ARES一天可完成100多個(gè)試驗(yàn),加速了材料發(fā)現(xiàn)過(guò)程。ARES綜合了最好的硬件試驗(yàn)方法和人工智能的建模與仿真技術(shù),提出下一步做什么,使人們很快得到反饋。

ARES的機(jī)器人技能在碳納米管增長(zhǎng)材料研究領(lǐng)域進(jìn)行了試驗(yàn),傳統(tǒng)上該領(lǐng)域幾乎不可控,不太了解。ARES以自主模式進(jìn)行了超過(guò)600次試驗(yàn),采用計(jì)算機(jī)“大腦”確定試驗(yàn)條件以實(shí)現(xiàn)碳納米管最大增長(zhǎng)速度。每一次實(shí)施新的試驗(yàn),都獲得新的知識(shí),ARES使這些新知識(shí)成為未來(lái)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的一部分。當(dāng)增加大量試驗(yàn)后,結(jié)果變得更加穩(wěn)定,向預(yù)測(cè)碳納米管增長(zhǎng)速度集中,顯示人工智能系統(tǒng)學(xué)會(huì)生長(zhǎng)碳納米管,并應(yīng)用科學(xué)成功的智慧。
雖然ARES能夠自主實(shí)施科學(xué)研究并快速產(chǎn)生結(jié)果,但研究人員的作用仍然相當(dāng)重要。ARES不能代替人,它的成功很大程度取決于人-機(jī)合作。然而,它可以使研究人員擺脫工作臺(tái)上的試驗(yàn)工作,如儀器準(zhǔn)備、監(jiān)控和清洗,代之承擔(dān)創(chuàng)造力的、有見(jiàn)解的、高級(jí)思考的工作,以便有新發(fā)現(xiàn)。ARES未來(lái)的發(fā)展方向?qū)⑹亲灾鏖_(kāi)發(fā)化學(xué)和物理現(xiàn)象。目前研究人員的任務(wù)是開(kāi)發(fā)軟件,包括多種不同類(lèi)的人工智能軟件,使我們找到針對(duì)試驗(yàn)問(wèn)題最適合的策略。可以說(shuō),ARES是一種突破性工具,改變了研究生態(tài)系統(tǒng)。