机器人、人工智能和机器学习正在发展化学实践。英国皇家必威手机登陆化学学会(Royal Society of Chemistry)为驾驭日益数字化的世界制定了一项计划

现代问题需要高水平的解决问题和抽象思维,而人工智能(AI)和机器学习甚至可以在临床决策这样细微的情况下胜过人脑。同样,物理实验的自动化也在一个移动机器人化学家能够在8天内进行近700个化学反应

但是化学创新的驱动力——比如对具有新特性的分子的需求,或者以可持续方式制造的产品——也需要人类的理解,同样需要人类理解的还有支撑全球科学努力的健康和环境相互关联的问题。英国皇家化学学会(RSC)的最新报告称,只有全面的方法才能解决这些问题必威手机登陆数字未来——科学探索和发现的新前沿概述一个计划。它是培养必要的科学技能和培养正确的研究技术的蓝图,为科学界设想了一个优化的知识转移环境。

图片显示了RSC数字期货报告的封面

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来自大学、研究机构和公司的科学家对这份报告做出了贡献。他们的目标是从发现、可持续性、人才和知识四个角度设计一个利用数字技术促进科学创新的计划。

来自英国政府的投资和国家课程领导的呼吁是优先事项。但是,明确的人才获取和留住战略是关键,利用和加强科学数字化以及鼓励全球合作也是关键。

RSC的五点计划

  • 投资于技能、培训和基础设施,以快速发现和创新
  • 促进跨行业和学术界的跨学科合作
  • 吸引顶尖数码人才,提供发展/终身学习机会
  • 支持并实现数据标准和国际数据共享道德
  • 提出在化学教育中整合数字技能的建议

洞察导致发现

夏洛特·迪恩(Charlotte Deane)是牛津大学结构生物信息学教授。她说:“如果你是20年前学晶体学的学生,你在读博士时解决了一个有趣蛋白质的结构问题。”现在,计算机和机器人一个月就能解决数百个问题,化学家可以提出完全不同的问题。

迪恩说,这使得科学家能够“从多成分系统的角度思考”。在她的领域,数字化的转变意味着她可以从设计以特定方式在一个站点绑定或交互的东西转变为“设计以我想要的方式与系统的几个不同组件产生影响的东西”。布里斯托尔大学的合成化学教授Varinder Aggarwal说,一旦科学见解建立起来,与更广泛的化学界分享它是有意义的。

最低限度的信息标准是关键

阿加瓦尔说,合成化学需要“更多关于什么有效,什么无效的数据,这样我们才能开发出更好的算法来预测反应结果”。“我们需要记录每一个积极和消极的反应。发布者可以通过指定需要提供的数据类型和格式来发挥重要作用。但这并不容易,“让学者和期刊改变他们的做法很难。”

该报告赞扬了剑桥晶体学数据中心,引用了出版商要求将包含晶体结构工作的化学论文存放在那里的良好实践的例子。这是一个例子,数字技术使科学更具可重复性,减少了每个实验室承担和记录同一项研究对研发时间、精力和金钱的浪费。

可靠的数据银行

分析化学家肯定会快速跟踪创新使用自动解释核磁共振谱以阐明结构的程序但数字化也存在问题。数据共享平台的故障也被证明会引发问题,使得统一的方法势在必行。

格拉斯哥大学(University of Glasgow)正规方法教授穆菲•考尔德(Muffy Calder)说:“数据来源和完整性至关重要。”“数据来自哪台设备?”测试设置是什么?我如何验证我的传感装置正在传递我可以信任的信息?收集数据的目的是什么?谁在维护它?正在使用的数据的什么表示形式?使用的标准是什么?在数据表示中假设了哪些模型,这些模型是基于什么?“面对这些问题,以及更多关于数字化的问题,贡献者为更广泛的化学界提供了他们的见解。

合作成功

Elixir是一家总部位于欧洲的政府间组织,帮助研究人员从生命科学数据中获得见解。作为Elixir的主任,Niklas Blomberg回应了考尔德的担忧。该报告发现,有必要让一个领域的许多资深人士聚在一起考虑最低信息标准。布隆伯格在报告中说,由社区领导的生物科学倡议在数据发表时建立了一些数据记录义务公约。“这些都是以社区论文的形式发布的,这使得期刊或编辑能够让人们承担责任。”

该报告还详细介绍了包括先进传感器和传感器网络在内的数字技术,如果与数据流、建模和可视化相结合,可能会给环境化学带来的贡献。为了提高制造业的整体运营效率,在流程或工厂的不同元素之间全面收集数据可以提供系统的实时视图,从而实现更好的预测和决策的灵活性。

该报告由十多名科学专家组成的论坛创建,其中包括在欧洲和美国运作的学者和行业代表,该报告将为RSC的长期思考和战略提供信息。皇家科学委员会候任主席汤姆·韦尔顿表示,新冠肺炎加剧了“一项将英国置于全球科学前沿以解决全球挑战的国家战略”的需求。对韦尔顿和英国来说——对全世界来说也是一样——这关乎通过吸引外来投资和最优秀的人才来推动增长和繁荣,这只能补充数字化带来的卓越。