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《Nature》子刊综述:AI智能体如何应用于科学发现?

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合作单位:圣路易斯华盛顿大学,IBM实验室,多伦多大学,英伟达,洛桑联邦理工学院,宾夕法尼亚大学,堪萨斯州立大学,斯坦福大学

通讯作者:Zhiling Zheng(郑志凌);Alán Aspuru-Guzik;Philippe Schwaller;Le Cong;Xin Yang;Wenhao Gao;Varinia Bernales

文章链接:https://doi.org/10.1038/s43586-026-00534-y

当AI不再只是回答问题,而是能自己检索文献、策划实验、调用工具,并进行决策,科学发现的方式会发生怎样的变化?这篇由来自美国、加拿大和瑞士12家机构的19位作者联合撰写、于2026年10月22日发表在《Nature Reviews Methods Primers》的方法综述(Primer),系统介绍了面向科学发现的智能体AI系统(agentic AI systems)。文章指出,现代科研依赖于科学家们在文献与数据、理论与实验之间发现知识,而这一过程需要一定的科学直觉和大量的实验探索;智能体系统则以自然语言为接口,对于特定的科学目标逐步生成决策,并将其组织成可追溯的工作流,成为实验室中的“计算大脑”。文章梳理了该领域从基础模型、AI智能体到智能体系统、再到智能体生态的递进发展,并按主要功能把科学智能体分为认知型、具身型与协作型三类。


具体来说,文章从如何“构建”和“运行”两个层面拆解了一个科研智能体。构建层面,系统通常以一个或多个大语言模型为推理核心,由画像(Profile)规定其身份、目标与操作边界,通过感知模块(Perception)接收文本、图像和光谱等多模态信息,调用数据库、模拟软件乃至实验仪器等工具(Tools),并保存任务状态与实验历史作为可追溯记忆(Memory)。运行层面,智能体沿“任务分配—规划—行动—验证”闭环推进,在推理与工具调用之间交替迭代,依据中间结果随时修正计划。复杂任务可由多个分工明确的智能体协同完成,关键节点则设置人工检查点。文章还以脂质纳米颗粒(LNP)配方筛选为例,演示了如何用“技能”(skills)文件夹组织指令、参考规则、脚本与模板,完成一个科研智能体的实际搭建。


值得关注的是,文章强调评价智能体不能只看最终答案。它提出,智能体的产出是一条逐级递进的“阶梯”:先把散落在文献中的信息转化为结构化知识,再形成可检验的假说,随后借助模拟与反馈迭代优化候选方案,最终经实验检验成为实证知识。与之对应,验证也应分层推进,从内部一致性检查、计算验证到湿实验确认逐级加强;而由于自动化检查无法判断机理是否合理、发现是否新颖,专家的事后评估仍是最关键的一道关口。文章还特别提醒,一个结果“有用”和它“有证据支撑”是两回事:一份候选排序可以很好地指导下一轮实验,却并不等于结论本身。

当然,真正决定这条路线能否走通的,还是可靠性与可复现性。文章系统梳理了当前的主要瓶颈:长链推理中的误差累积、幻觉与从训练数据继承的偏差、工具误用、上下文饱和导致的“遗忘”、多智能体协同失灵,以及自主实验带来的安全与伦理风险,并强调这些障碍是工程与治理上正在推进的前沿。当我们希望将其应用于实践中时,需要注意三点:1. 复现性报告不能只公开代码和数据,还应记录提示词、工具接口、记忆与检索策略、中间步骤以及人工干预情况;2. 智能体本身具有随机性和路径依赖,需要通过重复运行检验结论是否稳定,而不能只去报告最好的那次结果;3. 涉及危险物质或不可逆操作的环节应保留人工审核,系统的自主权限也应随安全验证的程度逐步放开。


从文献挖掘、假说生成到计算编排,再到闭环实验,智能体的应用正沿着“从文本到计算、再到实验室”的路径展开,其中计算流程编排可以说是目前最易落地的方向。但文章也坦言,完全自主的智能体实验室尚未实现,短期内智能体更像是“科学助理”,在结构化的实验流程中增强科学家的专业判断。未来的科学发现或许不再依赖某个“超级模型”,而是依靠研究者、智能体、数据与仪器协同运作的科学发现网络。评判此类系统,依据的标准是它能促成哪些发现,以及通往这些发现的路径是否可追溯、可复现、可问责。

本文来自“材料科学与工程”公众号,感谢论文团队支持。

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