本文是AM易道全网首次翻译《科学俄罗斯》对于俄罗斯知名化学院士的访谈。

科技正在改变世界，科学也不例外。化学就是一个因创新而焕发新生的典范。

如今，研究人员可以利用人工智能来帮助他们发现新的反应，或者设计并3D打印用于实验的反应器。

这些技术正在俄罗斯顶尖科学智库之一积极研发和应用，俄罗斯科学院泽林斯基有机化学研究所金属络合物与纳米催化剂实验室。

人工智能为研究人员提供了哪些机遇？使用人工智能时需要考虑哪些关键因素？实验室开发的数字化辅助专家有何用途？它帮助研究人员取得了哪些发现？3D打印化学反应器有哪些优势？

俄罗斯科学院泽林斯基有机化学研究所金属络合物与纳米催化剂实验室主任、院士瓦伦丁·帕夫洛维奇·阿纳尼科夫接受了《科学俄罗斯》记者的采访，谈到了用于解决化学问题的AI算法的开发、用于危险试剂的3D打印胶囊等。

对3D打印在化学领域应用的内容感兴趣的读者请直接划到文章中段。

俄罗斯院士简介

瓦伦丁·帕夫洛维奇·阿纳尼科夫是化学博士，俄罗斯科学院泽林斯基有机化学研究所金属络合物和纳米催化剂实验室主任，莫斯科国立罗蒙诺索夫大学化学系教授，俄罗斯科学院院士和欧洲科学院院士。他是俄罗斯数字化学的奠基人之一。他曾荣获俄罗斯国家人工智能学院颁发的「人工智能杰出成就奖」（2026年）、「祖国功勋」二级勋章（2022年）、俄罗斯科学院泽林斯基有机化学杰出成就奖（2020年）以及其他多项国内外著名奖项。他还是俄罗斯在国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）的国家代表。

关于AI在化学领域的深度问答

问题：您最近展示了一位数字辅助专家如何帮助寻找新的化学反应。请您介绍一下这项技术以及这位数字助手本身。在这种情况下，我们是否可以说人工智能成为了科学研究的参与者，但并非科学成果的作者？

这一切都始于我们开展的一项专项研究，旨在解答这样一个问题：人工智能何时才能在实验室工作中真正取代化学家？尽管这个问题听起来颇具未来感，但它却至关重要—它决定着未来科学研究的开展方式。

这不仅仅关乎我们实验室或任何特定机构，而是关乎国家技术主权。化学技术的研发和化学工业新方法的创造是国家安全的关键要素。如果我们真的期待科学研究的性质发生根本性变革，就必须提前做好准备。我们进行了详细的分析，并发表了同名论文，指出人工智能在未来五到七年内不太可能在实验室中真正取代研究人员。这既是由于某些方法论上的局限性，也是由于机器人技术的发展尚不足以解决此类问题。

基于此，我们提出了不同的理念。我们意识到，问题不应简化为竞争：谁将取代谁，谁将胜出。我们需要务实而明智地构建一条基于人工智能协作的化学领域数字化工具应用路径。

数字化协同专家技术由此应运而生。在这种模式下，工作流程被分解为多个阶段。那些时间紧迫（人类处理速度极慢）或需要大量时间或财力投入的阶段，可以通过数字化技术得到改进和加速。

然而，人类仍然参与整个工作流程：包括问题界定、工具选择、数字化协同专家的创建和开发以及结果验证等阶段。其中，结果验证阶段最为关键，目前仍需由人工完成。

寻找新的反应、研究生物膜以及从显微照片中识别物质，这些都是在 V.P. Ananikov 的指导下开发的 AI 助手所解决的任务的例子。图片：奥尔加·梅尔兹利亚科娃/《科学俄罗斯》

我们成功地将数字协同专家技术应用于新反应的搜索。这个过程是怎样的呢？

首先，你需要提出一个问题：合成某种特定分子。它可以是药物前体、农用化学品的基础成分，或是新材料的组成部分。通常情况下，从提出问题到成功完成所需参数的反应，需要一到三年时间。这是寻找和优化化学反应条件的标准时间。

我们分析了这一过程的各个阶段，并在关键阶段引入数字协同专家，最终在大约两周内找到了新的反应。

具体来说，第一周用于协同处理数据集并找到所需的反应；第二周用于执行反应并验证其是否真正发生。

我们化学家很幸运，因为实践可以作为检验真理的标准。在某些领域，利用包括人工智能在内的数字算法得出的预测结果很难验证。

而对我们来说，这项任务就简单多了，因为我们可以设置化学反应，并立即检验反应是否发生，新的催化剂是否具备所需的性质，生成的分子是否具备所需的理化性质等等。

因此，我们不再需要耗费三年时间进行漫长、繁琐且艰辛的化学反应研究，而是只需两周的数字化搜索和实验验证即可完成。这是利用数字化专家协作最成功的案例之一。我们的研究成果已发表在顶级期刊上，并获得了国际高度认可。目前，这项技术正在积极开发中。

我们无需担心人工智能何时会取代化学家，尤其是在未来五年内，研究人员无需为此担忧。

相反，我们需要考虑如何有效地利用人工智能来加速实验室研究，并学习如何有效地应用这些工具。这才是目前的方法论框架。

人工智能不会取代化学家，但一位精通人工智能的化学家将很快取代那些未能及时掌握这项技术的人。我们也需要逐渐接受这一趋势。

问题：据我了解，我们刚才讨论的结果并非贵团队唯一运用人工智能技术取得的成果。您还想重点介绍哪些类似的研究？

我们有一个专门的研究领域致力于加速分析处理。例如，一名研究生在四年的博士论文写作期间会进行数千次实验。电子显微镜和质谱仪会记录无数的图像和光谱。

让我们扪心自问：一个人究竟会处理这些数据的百分之多少？我们的研究表明，一个人只会分析他们所接收到的科学信息中大约10%。其余90%的实验数据从未被处理，因为研究人员根本没有时间。

傅里叶变换离子回旋共振质谱仪。图片：奥尔加·梅尔兹利亚科娃/《科学俄罗斯》

在许多其他自然科学领域，大约90%的实验数据仍未得到处理。

二十多年来，我们一直在努力解决这个问题，但直到人工神经网络出现，我们才接近找到解决方案。我们编写了神经网络程序来处理数据。它们执行的任务与人类类似，但速度却快得多。我们是世界上最早实现质谱数据自动化分析的团队之一，并且还开发了一种神经网络来加速电子显微镜图像的分析，为此我们还专门撰写了一系列文章。

人工需要四年才能完成的工作，神经网络（经过编程、训练和必要的验证后）不到一个小时就能完成。数据处理速度提高了数万倍。

在化学领域应用神经网络的主要优势在于加速数据分析。正如研究人员所戏称的那样，这股力量已经势不可挡：原本需要人类耗时数年才能完成的处理工作，现在只需极短的时间即可完成。这些工具的效率极高。

我强调神经网络必须保持可靠性。数字算法必须经过错误测试。据我们估计，我们使用的神经网络在相同工作量下产生的错误数量与人类大致相同（在某些情况下甚至更少）。

当然，这一指标仍需改进，尤其是在处理大型数据集时：由于数据量庞大，结果可能会累积大量的绝对错误。

人工智能技术作为数据分析手段，在化学和许多其他自然科学领域都至关重要。我相信，在不久的将来，通过神经网络的应用，目前丢失和未利用的实验数据比例将迅速下降。

我们研究的这一领域正在蓬勃发展，并且我们已经看到这些技术的应用带来了显著的经济效益和时间节省。

V.P. Ananikov：「现在是进入化学领域的最佳时机，利用数字工具，处理积累的数据，并做出自己的发现。」图片：奥尔加·梅尔兹利亚科娃/《科学俄罗斯》

问题：在你们团队的工作中，还有哪些人工智能方面的进展令您感到自豪？

正如我之前所说，人工智能可以将质谱或电子显微镜数据的处理速度提高3万倍。这令人难以置信，但这项技术早已为人熟知。我们可以创建一个数字专家助手，在规划或开展化学研究时，协助人类解决具有战略意义的重要问题。不仅如此，在某些领域，有针对性地应用人工智能程序，还能帮助我们解决以前看似棘手的问题。在此，我想重点介绍我们的两项成果。

重结晶氯化钠。显微照片。图片：奥尔加·梅尔兹利亚科娃/《科学俄罗斯》

第一个项目是利用经过专门训练的神经网络，从物质照片（用电子显微镜拍摄）中识别其化学式。这项任务超出了人类的能力范围。每种物质都有其独特的形态。

人们在欣赏美丽的晶体照片并观察各种分形结构时，虽然明白每种物质的分形结构都是独一无二的，但却无法将视觉信息直接与分子式联系起来。而经过训练的神经网络，如果使用足够大的化学式数据集和相应的物质照片进行训练，就能将某些图像元素与化合物的化学结构关联起来。如果照片捕捉到了物质独特的形态特征，人工智能就能识别出它的化学式。

我们首次在世界上证明，可以从照片中识别物质的分子式，包括结构非常相似的物质。当然，这并不意味着现在仅凭照片就能分析任何物质—这还有很长的路要走。

探索这种方法的适用范围将非常有趣。或许不久的将来，只要积累并利用神经网络分析了相应的物质数据库，普通智能手机拍摄的照片就能用于对特定物质进行化学分析。

科学家在安瓿瓶中获得的金络合物晶体，在紫外线照射下会发光 照片：玛丽亚·格鲁多娃/由俄罗斯科学院有机化学研究所新闻处提供

第二个项目是科学直觉的数字化。我们化学家以我们的直觉为傲：多年来，我们在记忆中积累了大量信息，我们分析这些信息，然后运用它们形成直觉判断。你可以向一位经验丰富的合成化学家展示物质的化学式，他们会立刻意识到其复杂性。

此时，他们会运用多年的合成经验。这不仅是因为分子的大小，还因为官能团独特的组合和排列方式。一个分子可能很小，但却拥有极高的分子复杂性。

应我们的要求，约50位专业合成化学家生成了30万个分子复杂度评分，比较了不同组合的分子。然后，我们利用这些信息训练了一个神经网络（类似的程序也用于排序算法）。

经过训练，神经网络将化学家的直觉数字化。现在，它可以提供分子复杂度的定量估计：例如，一个分子的复杂度评分为5.6，另一个为7.5，以此类推。而且，这些结论与人类的判断一致。

因此，神经网络可以被训练来重现人类直觉的某些要素。这是一个非常有趣且极具争议性的话题。

创造力和直觉通常被认为是人类独有的。数字算法在多大程度上能够进行创造性活动，以及它们是否会发展出自身的直觉，这些都是悬而未决的问题，目前尚无法给出确切的答案。

然而，如果拥有足够的数据进行分析，数字算法确实可以重现创造力和人类直觉的某些要素。这就是我们即将生活和工作的新时代。

问题：您的一篇论文提出了一种在化学领域应用人工智能的三层逻辑：人工智能助手、人工智能分析师和人工智能研究员。如果我们将这种逻辑应用于科学论文的撰写，那么人工智能的辅助作用和危险的作者替代之间的界限在哪里？在哪些情况下，人工智能仅仅是帮助构建思路，又在哪些情况下，它开始影响科学判断的本质？总的来说，您认为目前哪些科学任务允许使用人工智能，哪些领域的活动应该完全由人类掌控？

这是一个多方面的问题。回顾一下这个分类是如何产生的，很有意思。我们一直在积极分析数字技术的各种应用，尤其是在化学领域。应用选择的数量正在迅速增长，显然需要对它们进行分类。我们通过分析化学领域中哪些人工智能应用的需求最大、发展最活跃来进行这项工作。这就是您提到的三级分类的由来。

在第一层级（人工智能助手），程序执行的是耗时的技术性而非科学性任务，通常涉及文本处理、文献检索、语言翻译和提取必要信息。这些任务实际上通常由实验室里的人类助手完成。

下一类程序是人工智能分析。这些算法可以处理数据—例如，我之前提到的那些分析质谱图或电子显微镜图像的算法。

最后，第三类是负责创造性活动和假设生成的算法。这包括用于复制人类直觉和数字辅助专家的技术和方法。这就是人工智能扮演的研究者角色。

「我们不需要考虑人工智能何时会取代化学家<…>。我们需要思考的是如何有效地利用人工智能来加快研究人员在实验室的工作速度，」V.P. Ananikov强调说。图片：奥尔加·梅尔兹利亚科娃/《科学俄罗斯》

人工智能的合理使用在各个层面都至关重要。我们应该避免对数字技术过度热情。人工智能助手、人工智能分析师，尤其是人工智能研究人员，都会犯错，而未经深思熟虑、不受监管的使用会带来很高的风险。不断增长的数据量增加了分析错误的风险，尤其是在提出无法快速验证的新假设时。

因此，对人工智能的使用进行适当的监管，制定并遵守具体准则至关重要。目前，普遍认为人工智能算法不能承担与人类相同的角色：它们不能被列为文章的共同作者，也不能对结果负责。

研究人员负责检查算法、调整算法，并接受或拒绝其研究结果。

目前，这是科学家与人工智能之间唯一可能的互动方式。人类在科学中仍然扮演着关键角色，尤其重要的是，人类仍然要对研究结果及其对科学界的影响负责。

监管程序固然必要，但过度监管的风险迫在眉睫，可能扼杀新技术的发展。如果每一步都需要审批，监管体系的发展速度超过技术进步的速度，我们将失去技术领先地位，所有正在进行的人工智能项目也将夭折。

我们需要在合理的建议和限制之间寻求谨慎的平衡，既要了解风险，又要认识到人类的主导作用及其对结果的责任，同时避免过度监管。这是一项艰巨的任务，也是当今最具争议的话题之一。但我相信，包括科学界在内的全人类能够达成共识。

关于3D打印在化学领域的全新应用

问题：您的实验室在其他领域也取得了许多令人瞩目的成就。例如，一项用于封装危险化学品以提高反应安全性的技术。请您介绍一下这种方法，它有哪些应用前景，以及目前这项研究处于什么阶段。

化学是一门复杂的科学，许多关键试剂直接接触生物体时会造成危害。因此，科学家们正在开发各种方法来最大限度地提高此类物质操作的安全性。

我们的一个项目就致力于解决这一难题。我们开发了一种特殊的3D打印胶囊，可以装载特定量的化学物质。

将胶囊放入反应瓶中后，它会在溶剂的作用下溶解，将试剂释放到反应空间中。胶囊溶解后残留在反应介质中的塑料可以回收再利用。

在反应产物安全但起始原料需要特殊处理的情况下，这一点尤为重要。

胶囊可以预先制备，无需人工干预：机器人负责3D打印、灌装和密封。这些胶囊中的化学品可以像泡罩包装的药片一样，预先按特定数量包装好，运送到实验室。化学家只需数出进行反应所需的胶囊数量即可。

这种方法避免了在试剂可能对生物体构成风险的阶段进行人与试剂的接触：无需称量或舀取危险试剂。

这项技术的发展为更安全、更自动化的化学反应铺平了道路。

问题：非常方便！您的团队积极运用3D打印技术。您在这个领域最显著的成就是打印化学反应器。这类系统能为科学家带来哪些优势？这些反应器在不同的实验目的下有何不同？

「利用3D打印技术，我们可以制造出形状非常复杂的化学反应器：它包含空腔和通道、用于合成、提纯和蒸馏的内部系统，甚至还能进行一些简单的分析。如果我们尝试用传统的手工方法（例如金属铣削）来制造这样的反应器，由于其内部几何结构过于复杂，在很多情况下都无法实现。或者，这项工作将耗费大量时间，而且反应器的成本也会非常高昂。」

3D打印塑料和金属化学反应器。图片：奥尔加·梅尔兹利亚科娃/《科学俄罗斯》

3D打印技术的出现彻底改变了化学工艺，使我们能够在极短的时间内—仅仅几天—制造出即使是复杂几何形状的原型反应器。我们只需要使用3D建模软件在计算机上设计反应器，然后用3D打印机将其打印出来即可。

对于简单的应用，反应器可采用特制的耐化学腐蚀塑料打印而成。工程级聚乙烯、PEEK（聚醚醚酮）和聚酰胺等材料均可耐受高温。

反应结束后，塑料可再生并重复使用。对于更复杂的工艺，则可使用激光烧结技术3D打印传统的3D不锈钢反应器。

能够设计反应器、3D打印反应器并在实验室进行测试的科学家，堪称现代化学家的典范。

这正是我们应该努力达到的水平。加入我们实验室的本科生和研究生都会接受这一系列流程的培训。

增材制造技术，特别是3D打印技术的应用，显著加快了化学反应器的研发周期，使得在技术规模化应用之前即可生产出初始系统原型。我相信，随着我们从基础科学研究过渡到实际应用，增材制造技术将在实验设计阶段得到越来越广泛的应用。

一个3D打印的金属化学反应器。 图：奥尔加·梅尔兹利亚科娃/《科学俄罗斯》

最后，我想对在座的各位说几句。如今是化学领域最激动人心的时代。化学正在被重新定义，我们即将迎来伟大的发现。直到不久前，我们对化学反应的理解还非常有限。

现在正是投身化学领域、利用数字化工具、处理积累的数据并做出属于自己的发现的绝佳时机。化学数字化时代已经来临，我们绝不能错过。

祝大家一切顺利！