智能科学家：解读瞭望科技趋势，赋能未来发展
面对火星制氧催化剂研发中高达376万种的潜在配方组合，以人工方式一一试验2000年也难以穷尽筛选。“小来”通过自主阅读分析5万篇论文，融合实验与理论计算数据，用6周便找到了最优解
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应通过政策引导，推动科研成果和关联数据向本土期刊与数据库汇聚
文 |《瞭望》新闻周刊记者 刘菁 陈诺 郭晨
走进中国科学技术大学精准智能化学全国重点实验室，恍若步入一座来自未来的“科研工厂”。这里看不见穿着白大褂、手持试管凝神观察的人类化学家，取而代之的是一排排灵巧的机械臂、机器人，它们不知疲倦地辗转腾挪，精准完成着试剂配置、样品合成、性能表征等一系列复杂操作。屏幕另一端，科学家们与AI“大脑”协同，破解从新能源材料到创新药物的种种难题。
这并非科幻场景，而是“智能科学家”——一个融合了人工智能大模型、自动化机器人技术与深厚领域知识的全新科研主体在实验室中的日常。它们将科研人员从重复性劳动中解放出来，以前所未有的效率，叩击着科学发现的新大门，成为我国落实“人工智能+”行动、引领科研范式变革、培育新质生产力的生动注脚。
中国科学技术大学精准智能化学全国重点实验室（2026 年 3 月摄） 靳梦楚摄
灵光“闪”出的“智能同事”
故事的开端，源于一次寻常旅途中的思想碰撞。2013年，中国科大教授江俊出差途中，与导师罗毅聊起做化学研究的“烦恼”：化学实验高度依赖“试错法”，一个试验方向有无数个排列组合，人工效率低下，海量实验数据散落在各处，需要用的时候，又如“大海捞针”。
“能不能用大数据技术革新化学研究？”江俊灵光一闪，大伙儿一拍即合，探索开发一套能够模拟专家研究逻辑，并自动指挥实验设备执行任务的智能系统，提升科研效率。
让机器理解化学，远比想象中艰难。最初的三年，团队蚂蚁搬家，从教科书、论文和专利中手工整理出百万条化学数据。
仅有数据远远不够，如何注入专家的“灵魂”？他们想出了一个巧妙的办法：为系统构建一个智能决策核心，将不同领域顶尖专家的专业知识、实验经验和研究逻辑，转化为计算机可以理解和执行的一系列算法与模型。这套系统能为不同的研究任务，匹配并调用对应的专家模型。比如，设计催化剂时，就调用“熊宇杰大脑”，即根据熊宇杰教授经验构建的决策模型；研究发光材料时，则启用基于张国庆教授知识体系训练的“张国庆大脑”。
“大脑”初具雏形，仍需能执行精密操作的“手”和“脚”。2020年，自动化专家尚伟伟的加入带来了关键突破。一年后，集成了2台移动机器人、19个智能化学工作站和高通量计算系统的数据智能驱动第一代“机器化学家”——“小来”正式诞生。它的机械臂能稳定抓起0.1毫米厚的碳纸，“比人手还稳”。日均可进行2000次精准操作，相当于五六名科研人员的日工作量。
“小来”首秀震撼了学界。面对火星制氧催化剂研发中高达376万种的潜在配方组合，以人工方式一一试验2000年也难以穷尽筛选。“小来”通过自主阅读分析5万篇论文，融合实验与理论计算数据，用6周便找到了最优解。这项发表于国际顶刊的研究，为地外星球就地取材研制化学品开辟了新路，也宣告了一种全新科研范式的到来。
迭代从未停止。2024年，接入了多款生成式大模型的第二代“机器科学家”——“小临”亮相。它多了一条机械臂，效率更高，“头脑”也更灵活，不仅能执行，更能自主设计与优化实验。
“‘小来’是勤奋的实验员，‘小临’更像一位合格的‘科学家’。”江俊说。
“小临”上岗第一次大战，是帮方天成博士研发一种吸能材料，以解决新能源汽车电池过热爆燃等问题。按传统方法，光筛选材料配方就需要十年，“小临”通过分析海量数据，自主设计实验方案，用7个月找到最优解。
“小临”还能主动从失败中学习。一次实验中，它尝试了上百种配方均未成功，最终通过分析数据锁定关键变量，逆风翻盘。
如今科研团队将更多领域的科学知识“教”给“智能大脑”，让“机器科学家”进一步升级，成为精通更多学科领域的第三代“智能科学家”。
“指数级”提效与“跨界”突破
从“人驱动实验”到“AI驱动发现”，“智能科学家”并非简单地替代人力，而是被设计为与人类并肩思考、协作创新的主体。
效率提升体现最直观。在实验室大屏幕的一张地图上，合肥、上海、长春等多地图标不停闪烁，意味着当地的科研院所实验室已接入“智能科学家”，目前实验室已在全国部署19个分布式创新设施，联接80个AI驱动的化学与材料实验平台，可随时查阅实验情况，分享实验数据。
“实验效率提升百倍以上。”江俊介绍，系统目前已集成110台科研机器人、196台智能化学工作站——这是一个集成了液体进样、搅拌、离心、烘干等多种实验设备的自动化操作平台，像一位不知疲倦、精准无误的“机器人实验员”，根据“科学大脑”的指令，自动完成一整套一整套复杂的化学实验操作。
依托“智能科学家”高效自主实验能力，科研团队在新材料、新药物、高端制造等方面加速取得突破。新能源领域，“智能科学家”创制的相变隔热阻燃材料，已通过量产测试，应用于新能源汽车电池包与特种消防服，有效解决热安全问题。在“大国工程”中，它研制出万米深井钻探所需的极端耐磨耐腐蚀材料，实现了关键材料的全面国产化。绿色农业领域，它开发的大分子绿色农药已推广300万亩，从源头上解决药物残留难题。此外，在航天红外半导体、高效电解水制氢催化剂等前沿方向，一系列成果正从实验室加速走向产业中试。
创新生态和协同网络正初步形成。“智能科学家”突破了地域局限，加速各领域科技创新。通过“AICHEM云平台”，不同的高校、科研院所也可以线上“下单”，让这个实验室内的“智能科学家”远程进行实验。
2024年9月，中国科学技术大学牵头组建了涵盖120家单位的“智能科学家生态联盟”，成员包括北京大学、清华大学等顶尖高校，中国科学院相关研究所，以及华为、中石化、国家能源集团等行业龙头企业。目前已就统一智能科学指令集、设备接口与实验模板标准达成共识，旨在构建开放协同的智能科研基础设施。
全球竞争新高地
这场由“智能科学家”引发的科研范式革命并非静水深流，而是席卷全球的激烈竞赛，世界各国已将其视为未来科技制高点。
2024年，诺贝尔物理学奖和化学奖相继颁发给在人工智能与基础科学交叉领域实现重大突破的科学家。有分析认为，这标志着人工智能在科学研究中的重要地位正逐渐得到认可。
腾讯研究院高级研究员刘莫闲认为，AI和机器人技术，正在将传统的、依赖人工试错的“作坊式”实验室，升级为自动化、高通量、闭环运行的“科学工厂”，并相互连接形成平台，服务整个科研生态。
嗅觉敏锐的科技大国已展开行动。美国推动“创世纪计划”，MIT等多家科研高校和国家实验室均已建成自主实验室。英国利物浦大学的材料创新工厂（MIF）是欧洲最先进的自主实验室之一。法国IKTOS实验室、瑞士Atinary SDLabs、德国FULL-MAP项目等也均是颇具实力的自主实验室，在化学、新材料等领域持续作出贡献。
除中国科大“智能科学家”外，国内自主实验室和科研智能平台建设全面启动。晶泰科技的AI+机器人平台已成为其的核心竞争力，中国科学院的“ChemBrain智能体+ChemBody机器人”和北京科学智能研究院的Uni-Lab-OS智能操作系统，也都是为了加速推动国内自主实验室的研发和推广。
准备好迎接智能同事
“智能科学家”，可能成为未来实验室的“标配”同事。让这位新同事真正融入科研体系、发挥最大效能，一些专家认为，还需要做好一系列的配套准备。
——让数据的“血液”流起来。高质量数据是“智能科学家”的“燃料”，但现在仍然“数据孤岛”林立。实验室特任教授朱濯缨认为，国内机构因数据涉及核心资产，共享意愿较低。与此同时，大量优质化学数据随成果发表于外文期刊而外流，“数据产出在国内，资产在海外”，AI系统自身面临“数据饥饿”。
江俊等专家建议，建立“物质科学数据创新试验场”推动数据标准化，并利用联邦学习等技术实现“数据不动模型动”，在保护各方权益前提下激活数据价值。同时，应通过政策引导，推动科研成果和关联数据向本土期刊与数据库汇聚。
——让标准的“轨道”铺起来。让上百台设备协同工作，须有统一的接口。但设备接口各异，国外高端仪器尤其封闭。
专家建议，须加快行动，将中国团队已实践成熟的指令集、模板库快速转化为国家标准，并通过有力的采购政策引导国产设备率先支持。此外，可通过共建“一带一路”倡议等渠道，推动中国标准“走出去”，为全球智能科研生态贡献中国方案。
2025年9月，在中国科大举办的第三届智能科学家生态联盟年会上，大模型驱动的科研智能体及其配套的机器化学家指令集、接口函数、操作系统、科研模板库全球首次发布，全部免费开源。“全球免费开源下载，使得大家站在同一起跑线上，‘书同文、车同轨’，共同迈向智能科研的新时代。”江俊说。
——让转化的“桥梁”搭起来。“智能科学家”以前所未有的速度产生新发现、新材料，那么如何让这些成果快速走出实验室？需要创新转化机制与政策环境。一方面，破除高校事业单位在成果转化中的机制束缚，扩大科研人员自主权，设立产业化的“绿色通道”。另一方面，正视“产品等政策”的挑战。专家建议，应建立跨部委的动态对接机制，让政策能敏捷地匹配前沿创新的步伐，确保科技突破与产业应用之间一路畅通。
“十五五”规划纲要提出，全面实施“人工智能+”行动，加强人工智能同科技创新、产业发展、文化建设、民生保障、社会治理相结合，抢占人工智能产业应用制高点，全方位赋能千行百业。展望未来，“智能科学家”有望从实验室的奇观，成长为支撑高水平科技自立自强的重要基石。
江俊团队描绘道：一座“智能科学家大楼”，容纳上百台机器人、上千个智能工作站，日均实验量达百万次；“智能科学家”配备可“看见”分子结构的“眼睛”和分辨气味的“鼻子”；科学家或许坐在咖啡厅里，就能指挥全球各地的机器人协同完成复杂实验……
当机器不知疲倦地探索未知，人类得以更专注于创造与想象，一场人机协同的征程刚刚启幕。■
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