ربات‌های محقق در آزمایشگاه‌های ابری

به گزارش گروه علم و آموزش ایران اکونومیست از گاردین، در آزمایشگاه‌های پیشرفته در آمریکا و بریتانیا، هر کسی، در هر کجا، می‌تواند آزمایش‌هایی را با کنترل از راه دور به صورت ارزان و کارآمد انجام دهد. آیا ظهور ربات محقق اکنون اجتناب ناپذیر است؟

زمانی که ساعت یک بامداد در ساحل غربی آمریکا است، آزمایشگاه ابری امرالد، درست در جنوب سانفرانسیسکو، هنوز شلوغ است. در اینجا، بیش از ۱۰۰ مورد از تجهیزات پیشرفته علوم زیستی، عمدتاً بدون حضور انسان، ۲۴ ساعت شبانه روز و هفت روز هفته روی میزهای کار می چرخند و آزمایش هایی را برای محققان از سراسر جهان انجام می دهند.

محقق از طریق دوربین روی یک "ربات دورحضور"  بازدید انجام می دهد و توسط برایان فرزا مدیر اجرایی امرالد که او نیز در خانه نشسته است، به دورِ آزمایشگاه ۱۴۰۰ مترمربعی هدایت می شود. هیچ دانشمندی در آزمایشگاه نیست. فقط چند نفر از کارکنان با کتِ آبی به آرامی دستورالعمل‌های اعلام شده روی صفحه‌های نمایشگر را دنبال می کنند تا اطمینان یابند ابزارها مملو از معرف‌ها (واکنشگرها) و نمونه‌ها هستند.

آزمایشگاه‌های ابری به این معناست که هر کسی در هر مکانی می‌تواند آزمایش‌هایی را با کنترل از راه دور انجام دهد و از چیزی جز مرورگر وب خود استفاده نکند. آزمایش ها از طریق یک رابط آنلاین مبتنی بر اشتراک برنامه ریزی می شوند. سپس نرم افزاری ربات ها و ابزارهای علمی خودکار را برای انجام آزمایش و پردازش داده ها هماهنگ می کند. جمعه شب شلوغ‌ترین زمان هفته در مرکز امرالد است، زیرا دانشمندان آزمایش‌هایی را برنامه‌ریزی می‌کنند تا روزهای آخر هفته در حالی که اوقات فراغت خود را با خانواده هایشان می گذرانند، انجام شوند.

هنوز کارهایی وجود دارد که ربات‌ها نمی‌توانند انجام دهند، برای مثال بلند کردن ظروف بزرگ مایعات یا باز کردن نمونه‌های ارسال شده از طریق پست. ابزار معدودی وجود دارند که نمی‌توان آنها را خودکار کرد. بنابراین کارکنان آزمایشگاه که اکثر آنها کارمندان سابق آمازون هستند، حضور دارند. 

امرالد در ابتدا دانشمندان و تکنسین‌های آزمایشگاهی را برای کمک به اداره این مرکز به خدمت گرفته بود اما کارهای کمی برای آنها وجود داشت. با شکار کارکنان آمازون کارها بهبود یافت. فرزا می‌گوید: ما دو برابر مبلغی را که در آمازون دریافت می‌کردند، به آنها پرداخت می‌کنیم تا کاری بسیار رضایت‌بخش‌تر انجام دهند. 

در جنوب خلیج سانفرانسیسکو دو آزمایشگاه ابری دیگر وجود دارد که توسط شرکت استراتئوس اداره می شوند. قفسه‌هایی از ابزارهای علوم زیستی - انکوباتورها، مخلوط کننده ها، طیف‌سنج‌های جرمی، ماشین‌های PCR - درون جعبه‌های بزرگ که به عنوان سلول‌های کاری شناخته می‌شوند، قرار دارند. این تشکیلات احتمالاً آینده‌نگرتر از آزمایشگاه امرالد است. در اینجا، معرف‌ها و نمونه‌ها روی تسمه‌های نوار نقاله مغناطیسی پیشرفته حرکت می کنند و به آرامی توسط بازوهای ماهر ربات در جای خود قرار می‌گیرند. مارک سیلادی، مدیر اجرایی عملیات شرکت می گوید، آزمایش های محققان غیرمتمرکز شده است.

آزمایشگاه ابری امرالد در جنوب سانفرانسیکو مجهز به بیش از ۲۰۰ نوع ابزار علمی است که با دستور نرم افزار، قابل کنترل از راه دور است.

اتوماسیون در علم چیز جدیدی نیست، به ویژه در زمینه هایی مانند زیست شناسی مولکولی که در آن بیشتر کارهای تجربی شامل انتقال پر زحمت و مکرر مقادیر بسیار کوچک مایع از یک ویال به ویال دیگر است. همه گیری کرونا تعدادی از مراکز تخصصی را برآن داشت راه هایی را برای کار با تجهیزات از راه دور توسعه دهند. (به عنوان مثال، پرتوهای منبع نور قدرتمند الماس بریتانیا که یک شتاب دهنده ذرات است که تشعشعات انرژی فوق العاده بالا را برای بررسی ماده تولید می کند، اکنون می تواند توسط کاربران از هر کجای دنیا مورد استفاده قرار گیرد.) برون سپاری فرایند دشوار یا وقت گیر آزمایش چیز جدیدی نیست.

اما امرالد و استراتئوس متفاوت هستند - اینها اولین آزمایشگاه های جهان هستند که به صورت فرضی به هر کسی که لپ تاپ و کارت اعتباری دارد، اجازه می دهند در یک مرکز تحقیقاتی پیشرفته در سطح جهانی کار کنند. جذابیت این رویکرد در طول همه‌گیری کرونا، زمانی که بسیاری از محققان قادر به بازدید از آزمایشگاه‌های خود نبودند، آشکار شد. بنیانگذاران آزمایشگاه های ابری می گویند این آینده علوم حیات است.

بارزترین مزیت آن بهره وری است: محققان می توانند چندین آزمایش را هم زمان انجام دهند و آنها را به ترتیب قرار دهند تا در طول شب یا در حالی که کارهای دیگر را انجام می دهند، اجرا شوند. فرزا می گوید: «کاربران ما، کار ۱۰ دانشمند را در یک آزمایشگاه معمولی انجام خواهند داد. 

هیچ زمانی برای راه اندازی و باز کردن تجهیزات، تمیز کردن، نگهداری و تعمیر ابزارها یا پر کردن انبارها صرف نمی شود. آزمایشگاه کشف دارو کنترل از راه دور آرکوتوریس در آکسفوردشایر، می گوید پلتفرم آن ظرف ۲۴ ساعت پروژه‌هایی را برای شرکت‌های دارویی تکمیل کرده است که در شرایط سنتی ممکن است حداقل یک هفته به طول بینجامد. به جای ساعت ها کار با لوله آزمایش، محققان می توانند زمان بیشتری را به فکر کردن، مطالعه و تجزیه و تحلیل نتایج با همکاران اختصاص دهند.

دانشمندان دانشگاه کارنگی ملون در پیتزبورگ تحت تاثیر کارهایی که کارکنان و دانشجویان آزمایشگاه ابری امرالد می توانستند انجام دهند، قرار گرفتند. یکی از این محققان کار سال‌ها آزمایش دکتری خود را در مدت چند هفته بازسازی کرد. دانشمندان این دانشگاه اخیراً از این شرکت خواستند آزمایشگاهی برای آنها بسازد.

ربکا دورگ، رییس کالج علوم کارنگی ملون می گوید با توجه به هزینه دسترسی یک ساله به آزمایشگاه ابری که اغلب کمتر از قیمت یک قطعه تجهیزات آزمایشگاهی پیشرفته است، این الگو می تواند تحول آفرین باشد.  علاقه ای به تغییر فرایند علم در کارنگی ملون ندارم. بلکه علاقه مند به تغییر فرایند علم در سراسر جهان هستم. او درباره تأسیسات جدید در پیتزبورگ می گوید. همه ما همکارانی در مکان‌هایی داریم که منابع کافی ندارند و فقط به دلیل نداشتن پول کافی نمی‌توانند با وجود قابلیت های خود کار علمی انجام دهند. این ایده با یک اتصال اینترنتی و دسترسی به آزمایشگاه ابری، می تواند تحول آفرین باشد. 

دورگ همچنین از حذف خطاهای انسانی در کارهای آزمایشگاهی هیجان زده است. هیچ دانشمندی در سایت جدید ۱۵۰۰ متر مربعی استقرار ندارد. فقط تعدادی تکنسین برای اداره این مکان ۲۴ ساعت شبانه روز کار می کند. او می گوید: دانشمندان هنوز به آزمایشگاه‌ می روند و آنجا می‌ایستند و خطاهایی دارند. فکر نمی کنم همه چیز در علم به صورت خودکارو بدون دخالت انسان امکانپذیر باشد. اما کارهای تکراری، زمانی که آن ها را یاد گرفتید، نیازی نیست بایستید و بارها و بارها آن انجام دهید.

دانشمندانی مانند دورگ بر این باورند که دقت آزمایشگاه‌های کنترل از راه دور می‌تواند به رفع "بحران تکرارپذیری" علم کمک کند، اینکه وقتی گروه‌های مختلف دانشمندان از روش های یکسان پیروی می‌کنند، نمی‌توان نتایج تحقیقات منتشر شده را تکرار کرد. با اتصال یک آزمایش به یک مرورگر که توسط روبات ها انجام شود، محققان را وامی دارد جزییات دقیق هر مرحله را به کدهای بدون ابهام ترجمه کنند.  

به عنوان مثال، چیزی که ممکن است زمانی در یک مقاله علمی به عنوان "مخلوط کردن نمونه ها" توصیف شده باشد، به دستورالعمل های کامپیوتری دقیق برای یک ماشین خاص تبدیل می شود تا با تعداد معین چرخش در دقیقه برای مدت زمانی معین مخلوط شود. سایر عواملی که می تواند بر نتیجه تأثیر بگذارد، مانند دمای محیط در زمان آزمایش، در فراداده ثبت می شود.

درحالی که دورج مشوق انتقال تحقیقات بیشتر و بیشتر و حتی تدریس در کارنگی ملون به آزمایشگاه‌های دورافتاده است، اما همه همکاران او از این ایده حمایت نکرده‌اند. بسیاری از دانشمندان فکر می کنند کار در کنار همکاران و شرایط صدا و محیط آزمایش چیزی است که به ایجاد ایده های هیجان انگیز و اتفاقات خوشایند کمک می کند. سایر محققان نگران کیفیت داده‌های تولید شده در آزمایشگاه‌هایی هستند که هرگز پای آنها به آنجا نرسیده است. دورج می گوید: برخی از اعضای ارشد دانشکده می گویند چیزی که با چشم خود ندیده اند، وجود ندارد.

برخی از کارشناسان بر این باورند که دسترسی آسان به آزمایشگاه های پیشرفته یک تهدید بالقوه امنیت زیستی یا تروریسم زیستی است. از نظر فرضی، گروه‌های کوچک یا حتی افراد بدون تجربه تحقیقاتی می‌توانند از آزمایشگاه ابری برای شروع آزمایش‌های پیچیده زیستی استفاده کنند. دکتر فیلیپا لنتزوس، متخصص امنیت زیستی و خطر بیولوژیکی در کینگز کالج لندن، می‌گوید: آزمایشگاه‌ها می‌گویند فقط با شرکای قابل اعتماد کار می‌کنند، البته بسیار مشتاق هستند که بازار خود را باز کنند.

آزمایشگاه‌های ابری می‌گویند همه آزمایش‌های برنامه‌ریزی‌شده را بررسی می‌کنند و سیستم‌هایی برای علامت گذاری یا رد آزمایش‌هایی که غیرقانونی یا خطرناک به نظر برسند، دارند. علاوه برآن تاکید دارند که دیجیتالی شدن کامل همه اتفاقات در آزمایشگاه، ثبت و نظارت بر کارها را در نسبت به آزمایشگاه معمولی آسانتر می سازد.

پل فریمونت، یکی از بنیانگذاران مرکز نوآوری و دانش برای زیست شناسی مصنوعی در بریتانیا، به توسعه چندین آزمایشگاه کاملا خودکار در بریتانیا کمک کرده است، از جمله یک پلت فرم رباتیک که قادر به انجام بیش از هزار آزمایش کووید در روز در اوایل همه گیری بود. او مطمئن نیست که آزمایشگاه های کنترل از راه دور به رشد و بلوغ کافی رسیده اند تا بتوانند آنچه را که در دسترس دانشمندانی که تجهیزات خودکار خود را راه اندازی می کنند، تکرار کنند.

وی افزود: این ایده راهی است که علم قرار است پیش برود. اگر همه پروتکل‌ها و جریان‌های کاری لازم مورد نیاز زیست‌شناس را داشته باشیم، موثر واقع خواهد شد. اما فکر می‌کنم در آن سطح پیچیدگی و جزییات مورد نیاز محقق، فراهم نیست. 

فریمونت همچنین در مورد دانشمندانی که درکی از نرم افزار یا سخت افزاری که داده ها را تولید می کند ندارند یا با آنها درگیر نیستند، نگران است.

او می گوید: نسل بعدی دانشمندان باید بدانند چگونه این زیرساخت ها را خودشان بسازند و با آنها کار کنند. مطمئناً باید تجربه عملی داشته باشید. این قابلیت برای چند آزمایشگاه یا شرکت بزرگ خصوصی برای در انحصار قرار دادن آن، فکر نمی‌کنم خیلی خوب باشد.

با وجود این نگرانی ها، علاقه برای علم ابری در حال افزایش است. آزمایشگاه امرالد در حال گسترش ظرفیت خود برای پاسخگویی به تقاضا است که عمدتاً از سوی شرکت‌های داروسازی و استارتاپ‌های بیوتکنولوژی مطرح می شود. شرکت استراتئوس در حال همکاری با آژانس تحقیقاتی دارپا آمریکا برای بررسی این است که چگونه امکانات دارپا می تواند تکرارپذیری و کارایی آزمایش های قبلی را بهبود بخشد. این شرکت همچنین در حال صدور مجوز نرم افزار خود است تا سایر موسسات بتوانند تجهیزات خود را تبدیل کنند.

در آینده، آزمایشگاه‌های ابری حتی ممکن است تصمیم بگیرند چه آزمایش‌هایی را خودشان انجام دهند. همان طور که پلتفرم دیپ مایند گوگل اخیراً ثابت کرد، ابزارهای یادگیری ماشینی اکنون می‌توانند داده‌های ده ها سال را جمع‌آوری کنند و پاسخ‌های سوالاتی را بیابند که حل آن‌ها برای دانشمندانی که تحقیق فیزیکی انجام می دهند، سالها به طول می انجامد. شرکت های داروسازی به طور فزاینده ای از این ابزارها برای شبیه سازی فعل و انفعالات مولکولی در جستجوی داروهای جدید استفاده می کنند. داده‌های تولید شده در آزمایشگاه‌های ابری که زیست‌شناسی را به فناوری اطلاعات ترجمه می‌کند، این ابزارها را قدرتمندتر می‌کند. ترکیب همه این فناوری‌ها می‌تواند روزی به ایجاد سامانه های بینجامد که می‌توانند تئوری‌ها را توسعه بخشند و آنها را به صورت فیزیکی بدون دخالت انسان آزمایش کنند.

در حال حاضر، برخی از کاربران پیشرفته آزمایشگاه ابری امرالد الگوریتم هایی را توسعه داده اند که پارامترها یا مسیر آزمایش بعدی را بر اساس تجزیه و تحلیل داده های خود تنظیم می کند.

فرزا می گوید: همه اینها به این معنی است که دانشمندان جدیدترین حرفه ای هستند می پرسند حرکت به سمت اتوماسیون و هوش مصنوعی چه معنا و مفهومی برای آینده آنها دارد. آیا دانشمندان ممکن است روزی از کار بیکار شوند؟ بعید است - به هر حال، همیشه به افرادی نیاز داریم که اولویت بندی کنند که کدام سؤالات نیاز به پاسخ دارند و راه های جدیدی برای پاسخ به آنها بیابند. اما روزها نشستن روی یک نیمکت با کت سفید و دستکش در کنار شعله یک مشعل ممکن است به زودی به تاریخ بپیوندد-  عصر ربات های محقق ربات در راه است.