25.10.2011

Научные эксперименты проводит... робот!

В настоящее время имеется мало таких отраслей, в которых людей с успехом не могли бы заменить роботы. Однако в науку механические помощники человечество до поры до времени все же не совались. Но теперь все изменилось — американские инженеры представили модель робота-биолога АВЕ, который сам способен строить весьма сложные теоретические модели.

Мы начинаем привыкать к тому, что роботы осваивают все новые и новые профессии. Уже никого не удивишь роботом-хирургом, роботом-боксером или механическим космонавтом. Однако недавно, благодаря усилиям объединенной группы специалистов из Университета Вандербильта, Корнельского университета и CFD Research Corporation (США) появился робот, освоивший профессию биолога-теоретика. Получается, что скоро и в области науки роботы начнут конкурировать с людьми, причем, судя по всему, весьма успешно.

Этот робот, которого разработчики назвали ABE (Automated Biology Explorer), при испытаниях продемонстрировал замечательные возможности в области анализа экспериментальных данных о работе биологической системы. Само собой, эти эксперименты были поставлены людьми — ведь у АВЕ пока что нет ни рук, ни глаз, ни других датчиков и манипуляторов, чтобы делать это. Он представляет собой небольшую коробку с пластиковым корпусом, к которой можно подключить любой компьютер.

Но вот самое главное, электронные "мозги" у АВЕ просто замечательные. Новоявленный механический ученый способен не только провести первичный анализ и систематизацию данных, но и и выводить основные математические уравнения, описывающие процессы функционирования живой системы. Интересно, что, по словам авторов машины, он научился делать это практически "с нуля" — исходно в его "памяти" не было алгоритмов анализа поведения конкретных биосистем, был лишь общий принцип проведения подобного анализа. А ведь моделирование биологических процессов до сих пор является одной из самых сложных научных задач.

В качестве чудесного "мозга" АВЕ выступает уникальное программное обеспечение Eureqa. Данный "софт" разработали программисты Корнельского университета в 2009 году специально для построения различных моделей в теоретической науке. Тестирования показали, что с помощью Eureqa удалось практически полностью автоматизировать процесс моделирования на основе данных, минуя при этом трудоемкий этап "проб и ошибок", на который, как известно, и уходит больше всего времени у ученого-теоретика.

Свои возможности "софт" Eureqa демонстрировал уже не раз — так, например компьютер, оснащенный этим программным пакетом, "открыл" после нескольких часов наблюдения за качающимся маятником все основные законы движения. Как мы помним, сэру Исааку Ньютону для того, чтобы совершить данное открытие, пришлось потратить несколько лет.

Для того же, чтобы проверить биолога ABE, ученые предложили ему провести анализ реакций гликолиза в клетках дрожжей. Напомню, что гликолизом называется процесс получения клеткой энергии из сахаров без участия кислорода. Следует заметить, что он представляет собой достаточно сложное действие — весь процесс состоит из 10 реакций, в которых принимают участие разнообразные вещества числом более полутора десятка.

Да и конкретная задача была не простой — ABE должен был на основе введенных данных составить уравнения для описания гликолитических колебаний (так называют временные изменения концентраций продуктов гликолиза, которые носят колебательный характер).

Следует заметить, что при "идеальном" ходе эксперимента робот построил уравнения, описывающие колебания достаточно быстро. Но хитрые ученые усложнили ему задачу — они добавили в результаты экспериментальных данных 10 процентов ошибок. Тем не менее, ABE и тут справился, просто времени на анализ и составление уравнений ушло немного больше.

Когда ученые сравнили созданные им уравнения с уже имеющимися математическими описаниями гликолитических колебаний, они удивились — "творчество" АВЕ и ученых биологов из рода человеческого оказалось практически идентичным. И опять-таки робот "выиграл" во времени — то, на что ученым потребовалось свыше 30 лет, он составил всего-то за несколько часов.

Итак, как видите, АВЕ показал себя прекрасным аналитиком. Вдохновленные результатами проверки, ученые решили усовершенствовать модель — они хотят, чтобы робот-биолог получил возможность самостоятельно проводить лабораторные опыты. Для этого планируется интегрировать его софт Eureqa-ABE (дистанционно) с так называемой лабораторией-на-чипе. Напомню, что последнее устройство представляет собой отдельный чип в виде стеклянной пластинки размером с монету, пронизанную тончайшими "венами" — каналами, содержащими растворы определенных веществ.

Подавая управляющие электрические импульсы, можно смешивать жидкости до нужных концентраций или разделять их. Получаемые при этом реактивы способны выполнять различные био-, химические и медицинские анализы.

Итак, по расчетам ученых, соединенный с подобной лабораторией робот АВЕ сможет сам проводить простейшие эксперименты (данные ему будет поставлять лаборатория), анализировать результаты и выдавать ученым уже составленные на основе анализа уравнения и графики. А ученые, освобожденные от этой рутинной работы, отнимающей весьма много времени, будут заниматься планированием экспериментов и построением теорий на основе данных, полученных от АВЕ…

Антон Евсеев

Источники:

1. ПРАВДА.Ру