美國國家科學基金會(NSF)
X-Labs 計畫為沒有實驗室的團隊提供共享實驗室
美國國家科學基金會(NSF)正試圖讓小型團隊在處理聚焦的科學問題時,不必那麼依賴完整的機構實驗室。該機構宣布將設立共享的 X-Labs 設施,並投入最高 7500 萬美元,用於打造以數位為先、為資料和超級智慧而設計的儀器。如果這些設備能產生可靠且可重複的結果,團隊就可以在共享的社區實驗室裡進行實驗,而不必擁有那些機器。
一個有好點子的小型研究團隊,仍可能在第一次實驗前就被擋下來。它可能沒有實驗室空間、昂貴的儀器,或願意支持它的機構。即使有資金可以提供幫助,通常也要透過緩慢的補助審查來分配;與此同時,實驗室工作還得靠人員在機器和試算表之間搬移資料。
瓶頸往往就在實驗室本身
NSF 的計畫從一個超越單一科學領域的問題出發:圍繞研究建立的機構,可能比研究問題本身更難使用。跨領域工作的獨立研究人員和團隊,可能必須先打造一座完整的實驗室,才能測試一個定義明確的想法。這讓已經擁有設備、也能支付操作人員和維護費用的組織取得優勢。
提議中的解決方案之一是元科學(metascience)。元科學指的是研究研究本身如何獲得資助、接受審查、組織和評估。NSF 正在成立元科學辦公室,測試審查提案和分配資金的新方法,然後公布這些實驗的發現。NSF 和英國研究與創新局(UK Research and Innovation)打算以共同的原則為基礎,推進這項工作。
這項計畫也採用獎項競賽。這類競賽可以吸引通常不在補助網絡中的人參加,儘管單靠獎項並不能建立長期研究計畫,也不能提供製造成果的途徑。NSF 點名的科學領域包括量子計算和工程化多細胞生物學,而這兩個領域目前仍面臨重大的技術和可重現性挑戰。
實驗室可以成為團隊共享的資源
NSF 正提議成立 NSF X-Labs 聯盟,服務由研究人員、技術專家和企業家組成的獨立團隊,讓他們以里程碑為基礎的聯邦資金,追求特定挑戰。其創始合作夥伴代表的承諾金額超過 3 億美元。這個聯盟將為團隊提供場地、儀器使用權和直接支援,而不是要求每個團隊在開始之前都擁有一座完整的實驗室。
同樣的想法也延伸到儀器本身。NSF 計畫透過可程式化雲端實驗室網絡(Programmable Cloud Laboratories Network),徵求「超級智慧原生儀器」(Super Intelligence-Native Instruments)的提案,五年內投入最高 7500 萬美元。資料來源將這些儀器描述為以數位為先、為資料和超級智慧打造的設備,但沒有定義這個詞組包含哪些技術能力。
實際上,以數位為先的儀器,是為了讓實驗可以自動化、受到監控,並與電腦系統連接而設計的。團隊可以遠端安排一次實驗,收到電腦能讀取的格式所呈現的結果,並利用這些結果規劃下一次實驗。但自動化並不會消除校準設備、謹慎設計實驗,或檢查結果是否可信且能夠重複的需要。
NSF 也將推出兩項大型研究挑戰獎項競賽。Quantum+X 將邀請美國參與者開發量子演算法和應用,涵蓋能源、生物技術和金融等領域。「合成多細胞性獎大型挑戰」(Synthetic Multicellularity Prize Grand Challenge)則將要求參與者開發設計多細胞系統的計算和實驗方法。
這些是提議中的競賽和支援架構,不是科學發現或已部署的人工智慧驅動儀器報告。這項更廣泛的宣布,伴隨著 8 月宣布的 15 億美元基礎研究投資。
小型團隊可以從一個問題開始
如果設施、資金和儀器如承諾般到位,一座與雲端網絡相連的社區實驗室,可能會與傳統研究大樓大不相同。小型團隊可以遠端安排實驗、接收機器可讀的結果,並修改下一次實驗,而不必花上數週在儀器和試算表之間傳送資訊。團隊使用的是一座不屬於自己的實驗室。
這種可能性取決於新的資助方法能否產生可靠的研究,也取決於自動化儀器能否產生科學家可以信任且重複得到的資料。這些儀器還必須價格可負擔、可靠,並經過驗證,能用於真正的研究。獎金無法取代這些條件。
NSF 更廣泛的計畫也包括支援可能使用這些系統的人員。National Math Stars 將開發並測試一個數位平台,協助家庭支持兒童學習數學,其投資額將由私人慈善資金配對。NextGen Workforce 將開發從學士到博士的加速途徑,以及提供直接學生支援的跨學科研究生課程。
在廚房餐桌旁,家長可以利用數學平台,為一名原本可能不會被注意到能力的孩子找到進階學習內容——前提是這個系統能證明,它辨識和支援學生的方法可以大規模運作。在共享實驗室裡,沒有機構實驗室的團隊可以嘗試一項範圍狹窄的科學挑戰——前提是共享設備和資料管線可靠。這就是這些計畫背後更大的實驗:政府能否透過改變科學周邊的系統,而不只是改變其中的工具,讓研究變得更快、更開放。