疫情/後疫情時代的研究開發轉型(RX) -日本研究開發戰略中心報告書
日本科學振興機構(相當於台灣科技部)下的研究開發戰略中心CRDS提出了關於疫情/後疫情時代的科學研究開發方針,稱之為RX(Research Transformation)
全世界的研究開發活動都受到疫情很大的影響,日本也不例外,像是大學學生的入校時間限制,高等教育與研究活動的停滯和產學研究的減速等,新型態的研究開發應該如何重啟展開是日本政府在考慮的,所以提出了一份報告書,藉由一些正在展開的例子加上日本國內外的政策動向來為大家指出未來的研究開發可能的方向。
總共78頁的報告書共分為四章,第一章簡介了現在正在改變的大環境包括了疫情的影響和進展中的對策包括遠程研究開發,實驗室現場的少人化、自動化與AI化,第二章是藉由一些各產業的正在進行中的例子來看看未來研究開發的可能性,第三章是國內外的政策動向與最後第四章的總結。內容非常的豐富,下面大概簡單了整理一下比較有興趣的內容,之後可能會再補充。
日本研究開發的現狀
- COVID-19關聯研究→ 研究持續進展,國家研究經費投入加大→ 研究成果增加
- 一般科學實驗研究→ 研究減緩或停止,計畫經費減少→ 成果低迷,人才減少
- 資訊、理論計算相關研究→ 與疫情前無太大改變,需要做實驗的研究者暫時或者永久轉行加入→ 成果變好的同時也加大了競爭或產出重複,另外實驗停擺造成的分析、驗證數據不足也會造成理論研究上的限制。
各個產業上進展中的實際例子
- Robot scientist Eve → 劍橋大學與曼徹斯特大學以機械學習幫助新藥開發。
- DBTL(Design-Build-Test-Learn) cycle pipeline → 曼徹斯特大學以自動化DBTL加快微生物合成特用化學物質。
- 使用AI與機器人對細胞內分子觀察自動化 → 大阪大學的團隊用機械學習的方式以機器判別細胞內的分子運作情形。
- 機器人達成生命科學實驗自動化 →日本理化學研究所與產總研共同開發機器人實驗室,希望將高勞力、高危險、再現性確認等生命科學實驗由機器人完成。
- 新型動物實驗環境 →疫情造成的實驗用動物進口不足或者因設施關閉飼養困難的情況,開發自動化的飼養系統
- 實驗室內可移動化學實驗機器人 → 英國利物浦大學的"材料創新工廠"在2018年開設,希望以組合機器人與計算化學來進行材料的創新,現在機器人一天能做實驗21.5小時 (Materials Innovation Factory)
- 高通量實驗-虛擬材料研究所HTE-MC(High Through-put Experiment Material Collaboratory) →美國繼Materials Genome Initiatives計畫後的另一項目,目的是將高品質的實驗數據大量輸入資料庫,然後把材料合成方法、材料特性與資料管理等功能整合,希望能大幅改善材料的性能,同時也將樣品和機器都附上QR code在實驗後能自動將數據輸入電腦,並在不同的實驗設施共用數據。Collaboratory是Collaboration + Laboratory的自造詞。(High-Throughput Experimental Materials Collaboratory)
- 用自動實驗機器人製造太陽能電池薄膜 →加拿大英屬哥倫比亞大學的團隊做了一個名為Ada的平台,將太陽能電池有機薄膜的合成、加工、分析以模組化的方式運行,將以往要歷時九個月的材料、製程篩選過程縮短至五天(Ada: A Self-Driving Laboratory for Thin Film Materials)
- 雲端AI加機器人進行高分子合成 → IBM將AI、機器人與雲端連結起來,建立了名為RoboRX的新形態化學實驗室,研究人員只需要用網頁瀏覽器將想要的分子結構畫在網頁上,RoboRX就可以用機械學習的方式預測需要的材料與合成步驟,除此之外還可以下指示給遠端研究所中的機器人幫你自動合成並分析數據,這是從2018年建立RXN for Chemistry的化學反應預測與逆推系統以來的另一大創舉。(IBM RoboRXN for Chemistry is a pioneer project combining AI, Automation and Cloud to accelerate material discovery)(IBM RXN for Chemistry The free AI Tool in the Cloud for Digital Chemistry)
- AI、機器人、研究人員共同合作數位實驗室 →東京工業大學的一杉太郎教授團隊開發了可以最佳化與自動合成、自動分析材料的系統開發全固態電池的電解質薄膜,比用純人力開發快了10倍
- 遙控有機合成系統 →日本科學技術振興機構JST所屬的Exploratory Research for Advanced Technology (ERATO) 計畫中的前田化學反應創成智能project在開發如何遙控進行有機合成反應,可以大幅降低實驗的危險性,雖然市面上也有若干自動化裝置,但都還是建立在以人操作為基礎的半自動裝置。
RX的要訣
- 研究開發轉型不可逆也不會再回到過去的樣子
- 研究開發轉型中重要一環的數位化轉型要標準化、規格化與水平整合
- 所有東西轉成線上或虛擬是不實際的,現場的工作技能知識還是要好好保留
- 研究上的溝通交流不應該因為無法面對面而中斷
- 預測未來是不可能的,要隨時準備好應對新的變化
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