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我院朱熹教授、博士研究生徐彦恒在JPC Letters上发表研究成果

  • 2020.11.18
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该研究开发了目前世界上第一套基于区块链和云存储技术的自动实验系统。

        近日,我院普适人工智能应用研究中心的朱熹教授团队关于人工智能和区块链技术在生物制药和化学材料领域的落地:区块链自动实验系统 BiaeP 的工作被美国化学学会期刊 JPC Letters 接收。该研究开发了目前世界上第一套基于区块链和云存储技术的自动实验系统。相关成果以 The Blockchain Integrated Automatic Experiment Platform (BiaeP) 发表在JPC Letters 上。

研究背景

        随着人工智能技术的发展,传统的生物制药和材料化学领域即将发生巨大的变化。作者估计五到十年内智能机器人将全面接管目前生物、材料领域内的实验工作。

        除此之外,在科研领域,如何保证文章中实验的可重复性,数据完整性和原创性一直是学者们关心的问题,这些问题极其普遍,不仅存在于一些不知名的期刊和研究者上,同样存在于 Nature Science 等顶级期刊,甚至部分诺奖得主(例如2019年诺贝尔生理学或医学奖得主 Gregg Semenza 最近有32篇论文被怀疑存在图像真实性方面的问题 ¹;2018年诺贝尔化学奖得主 Frances H. Arnold 在2020年年初因缺少关键原始数据而主动撤回了她2019年以通讯作者身份在 Science《科学》上发表的著名文章 ²;2004年诺贝尔奖得主 Linda Buck 也因对文章中结果的可重复性失去信心,而撤回了2005年和2006年分别发表在 PNAS《美国国家科学院院刊》³ 和 Science《科学》 ⁴ 上的文章)的文章中。当前学界呼吁研究者公开更多原始数据,提供更翔实的实验过程以保证其他研究者可重复,然而,重复实验的高时间成本和文章中记录实验步骤的一些偏差仍然无法解决。因此,创造一种新的技术来从根本上提高实验记录的真实性,同时记录实验的最初完成时间来保护作者的原创性学术贡献,将会有很大的应用前景。

        目前,区块链技术在化工行业也有一些落地应用,其中最著名的为巴斯夫(BASF)于今年推出的 reciChain,该平台将区块链的功能与数字认证和循环计数技术结合在一起,可在所有市场参与者之间安全地共享数据,同时改善整个产业价值链中塑料的分类,追踪和监控能力。该区块链项目旨在将传统的线性塑料供应链转变为更具竞争性且环境友好的循环可回收供应链,从而延长了塑料的生命周期。另外,由于 reciChain 的高透明度,该平台可以为各个环节的消费者提供更好的保证,以确保他们从回收商和加工商那里购买的再生塑料的真实性。巴斯夫致力于运用该区块链技术以改善塑料造成的环境问题,同时创造更多价值。本文中提出的 BiaeP 系统也具有与 reciChain 深度整合的潜力,可以将其应用于详细记录塑料回收生产线上的每个环节,以增强再生塑料的可信度。

研究概要

        本研究开发了目前世界上第一套基于区块链和云存储技术的自动实验系统,包括整个 MAOSIC 操作系统,以及 BIP 文件存储系统。所有的实验步骤基于BIP指令实现,使用者采用 BIP 文件设计实验,调用各个反应及测试设备,设计出符合自己需求的实验流程。BIP 文件会自动记录测试设备中输出的结果,并将其于指令整合存档。基于对实验数据的满意度,用户可选择是否将该记录上传至区块链及云存储系统中以获取时间戳保护原创性,也可进一步决定是否将实验文件加密,直到文章发表后再公开。

BiaeP系统的总架构与功能流程图

        这套区块链数据记录系统同时具有数据共享功能,研究者可以方便地下载公开的BIP文件,并基于自己的实验设备,自动或手动重复实验以验证可重复性。另外,当产生原创性争议时,实验者可提供最初的区块链上传时间戳以证明该成果的独立性与原创性。该系统的区块链部分基于以太坊 solidity 构建,自动实验部分基于本组先前开发的 MAOSIC 系统。该系统目前处于可商业化状态,我们也提供了两个在 BiaeP 上进行或重复的验证实验以证明整套系统的可用性。

区块链与云存储系统的运作细节

论文作者

        本论文主要作者为 AIRS 卓越博士生徐彦恒和刘汝林,其他作者还包括博士生李佳根和徐曜,通讯作者为 AIRS 普适人工智能应用研究中心副主任朱熹教授,目前其研究方向是人工智能技术在材料科学,尤其是新能源领域中的应用。

论文作者徐彦恒(左)和刘汝林(右)