上海建成全流程AI无人实验室 工业酶研发效率实现革命性突破

问题:传统研发周期长、试错成本高与产业需求“等不起” 当前,生物制造、新材料等领域对关键技术迭代速度要求不断提高,但传统实验室依赖人工搬运、排程与重复操作,研发过程常受人员值守、设备利用率、流程衔接等限制。

以工业酶研发为例,不同企业的工艺条件和产品路线各异,往往需要“量身定制”的酶分子;而从需求提出到实验筛选再到性能优化,环节多、变量多、试验组合呈指数级增长,导致周期拉长、成本上升,创新与产业化之间的“时间差”成为企业普遍痛点。

原因:需求端更精细、知识规模更庞大、实验流程更复杂 一方面,制造业升级推动研发需求从“可用”走向“更强、更稳、更适配”,指标体系更细致,例如耐热阈值、工作环境、催化效率、稳定性窗口等都需明确量化;另一方面,相关文献、数据与既有研究成果规模巨大,人工检索与比对难以全面覆盖;同时,实验验证需要跨设备、跨工序高频衔接,任何一个环节的等待与重复都会放大整体耗时。

多重因素叠加,使得“高强度、长时间、强协同”的实验组织能力成为制约研发效率的关键。

影响:全流程“无人实验室”重塑实验组织方式,提升科研供给能力 在上海交通大学张江高等研究院投入使用的全流程“无人实验室”,通过空间与流程的再设计,改变了以往“设备靠墙、人走中间”的布局,将核心设备集成到中央“智能实验岛”,通道留给自动穿梭的智能小车作为“专职物流员”,负责样品、耗材与流程节点的精准衔接,减少人为搬运与等待带来的不确定性。

在此基础上,系统依托智能调度实现连续运转,具备“7×24小时黑灯实验室”的运行能力,使设备利用率、实验并行度与流程稳定性得到提升,推动实验效率跃升到新的量级。

更值得关注的是,该实验室并非简单的自动化升级,而是形成了“需求—定义—设计—验证”的闭环链路:企业提出应用场景和性能痛点,科研团队将其转化为可测量、可验证的“好”的标准,作为任务清单输入智能系统;随后,智能系统承担多重角色——快速梳理海量文献与数据线索,生成可行设计路径;基于对蛋白质等生物大分子规律的学习,给出更优的分子设计方案;再将方案转换为设备可执行的指令,驱动自动化环节完成实验验证与结果回传。

由此,“产业出题、科学家答题、智能系统解题、实验平台验题”的协同模式得以落地,为科研供给侧提供了更快的响应速度。

对策:以标准化接口和可信数据为抓手,推动“人工智能+科研”走深走实 要让这类平台更大范围释放价值,需要在“能用”之外解决“好用、可复制、可推广”的问题。

其一,强化需求表达的标准化。

将企业需求从口头描述转化为可量化指标,是闭环的起点,应建立面向行业的指标体系与任务模板,降低沟通成本,提高跨团队协作效率。

其二,夯实数据与流程的可追溯性。

无人化、自动化运行要求实验数据从采集到存储、从版本到参数都可追溯、可复现,以保证结果可信、便于审计与复盘。

其三,推动关键设备与软件平台的互联互通。

通过统一指令与接口规范,提升不同厂商设备、不同实验模块之间的兼容性,避免形成新的“信息孤岛”。

其四,完善复合型人才与安全管理体系。

既懂科研规律、又懂工程运维与数据治理的人才,将决定平台持续迭代能力;同时,需建立实验安全、设备安全与数据安全的多重防线,确保高强度连续运行可控可管。

前景:从“实验室效率”走向“创新体系效率”,加速新质生产力形成 面向未来,随着“人工智能+”行动持续深化,科研组织方式有望从依赖经验的“串行试错”,转向基于数据与模型的“并行探索”;从单点自动化,转向跨学科、跨平台的系统化协同。

对产业而言,这意味着关键技术迭代周期可能进一步压缩,新产品从概念到验证的路径更短;对科研而言,这意味着研究者可从重复劳动中释放更多精力,专注于问题定义、机制解释与原创性突破。

更重要的是,当企业真实场景需求持续进入科研流程,创新链与产业链的衔接将更紧密,有利于形成以应用牵引、以平台支撑、以数据驱动的创新生态。

智能无人实验室的建成投用,标志着科研范式正在发生深刻变革。

当智能系统能够承担从文献检索、方案设计到实验验证的全链条任务,科研人员得以将更多精力投入到创造性思维和战略性判断中。

这种人机协同的新型科研生态,既是对传统研究模式的超越,也为加快实现高水平科技自立自强开辟了新路径。

随着智能化技术不断成熟,这一模式有望在更多科研领域推广应用,为建设创新型国家提供有力支撑。