本文來自微信公眾號： 范陽 ，編輯：范陽，作者：范陽

今天的文章是來自伊萬·賈亞普納（Ivan Jayapurna）的客座投稿。伊萬是英國高級研究與發(fā)明局（ARIA）的項(xiàng)目主任（PD）。本周，他主導(dǎo)啟動(dòng)了一項(xiàng)價(jià)值5000萬英鎊的項(xiàng)目—“通用制造器”（Universal Fabricators）。

伊萬的項(xiàng)目中包含一些極具先鋒突破研究組織影子（BBN-shaped）的工作。他相信，在那些極具雄心的申請者中，有些人可能會(huì)將他的項(xiàng)目提案征集視為創(chuàng)辦屬于自己先鋒突破研究組織的絕佳機(jī)會(huì)。如果你正是這樣的人，且有能力解決伊萬在下文中列出的問題，請聯(lián)系他。（欲了解更多關(guān)于“先鋒突破研究組織”的信息，請參見之前的這篇FreakTakes文章。）

范陽注：什么是BBNs這種新型應(yīng)用科研組織形式，可以參考這篇文章，中文翻譯我起了個(gè)名字叫做“先鋒突破研究組織”。

https://www.freaktakes.com/p/the-bbn-fund

附帶一些背景信息：供那些沒有看過我對ARIA創(chuàng)始CEO采訪的讀者參考：ARIA的項(xiàng)目主任有權(quán)根據(jù)項(xiàng)目需要，資助成立全新的研發(fā)機(jī)構(gòu)。最近一期FreakTakes文章中提到的Syntato組織就是一個(gè)典型案例。ARIA的"可編程植物"項(xiàng)目（Programmable Plants）需要有一個(gè)團(tuán)隊(duì)來開發(fā)轉(zhuǎn)基因作物編輯的工具（build tools to transgenically gene-edit crops），Syntato正是為了完成這一任務(wù)而成立的，其依托的就是與ARIA簽訂的合同。

注：An Applied Crop Genetics BBN

https://www.freaktakes.com/p/an-applied-crop-genetics-bbn

伊萬的項(xiàng)目可能也會(huì)提供類似的機(jī)遇。在我們的討論中，伊萬對這樣一個(gè)理念感到尤為興奮：在理想狀態(tài)下，BBN先鋒突破研究組織可以成為把技術(shù)效益最大化的公司（BBNs can be technology-maximizing firms）。我希望你們的提案中，能有幾個(gè)可以達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)。

1960年，仙童半導(dǎo)體（Fairchild Semiconductor）的擴(kuò)散工藝區(qū)。人類精密制造的巔峰之作當(dāng)屬半導(dǎo)體行業(yè)。正如伊萬所言：“我們實(shí)際上是在嘗試建造一個(gè)芯片晶圓廠，但它面向的是更廣泛的材料領(lǐng)域—并且我們使用的是蛋白質(zhì)，而非極端的高溫與激光（We’re effectively trying to build a chip fab,but for a much broader range of materials—and using proteins rather than extreme heat and lasers）?！眻D片來自計(jì)算機(jī)歷史博物館館藏，由國家半導(dǎo)體（National Semiconductor）提供。

補(bǔ)充兩點(diǎn)簡短的說明。

我最初打算將這一系列與先鋒突破研究組織相關(guān)的客座投稿做成周更系列。事實(shí)證明這過于宏大了。我有時(shí)確實(shí)容易心急，多包涵。接下來新的更新節(jié)奏將調(diào)整為每月兩到三篇。

在英國，許多人已經(jīng)開始將BBN先鋒突破研究組織稱為“前沿研究承包商”（Frontier Research Contractors，簡稱FRC）。伊萬在下文中便使用了這一術(shù)語。

通用制造器(Universal Fabricators)

作者：伊萬·賈亞普納(Ivan Jayapurna)

人類歷史的各個(gè)時(shí)代都是由新材料定義的：石器時(shí)代、青銅時(shí)代、鐵器時(shí)代。然而，從鋼鐵到光纖，這些定義了文明的材料改變世界，往往不是在其被發(fā)現(xiàn)的瞬間，而是在開發(fā)出使其廉價(jià)且量產(chǎn)的工藝之后。我們的物理世界依然被古老的材料（木材、混凝土）和陳舊的材料（鋼鐵、塑料）所主導(dǎo)，而這些材料都是利用蠻力（高溫和高壓）制造出來的（built using brute-force heat and pressure）。對鐵器時(shí)代制造范式以及20世紀(jì)化學(xué)工程的持續(xù)依賴，讓我們深陷于脆弱的全球供應(yīng)鏈、資源沖突（resource conflicts），以及極其狹窄的材料設(shè)計(jì)空間之中（a tiny corner of the total possible materials design space）。盡管材料合成技術(shù)取得了長足進(jìn)步，但許多理想的電磁、熱學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能依然難以實(shí)現(xiàn)（many desired electromagnetic,thermal,optical,and mechanical properties remain inaccessible）。

實(shí)現(xiàn)分子級精度的規(guī)模化制造，對于獲得最頂尖的材料性能至關(guān)重要，而蛋白質(zhì)則代表著一套獨(dú)特而強(qiáng)大的工具包，能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)。然而，盡管蛋白質(zhì)工程領(lǐng)域近期取得了諸多突破（例如AlphaFold、從頭設(shè)計(jì)、定向進(jìn)化、非天然氨基酸、無細(xì)胞合成等），隨后的投資和應(yīng)用卻主要集中在制藥和生物催化（pharmaceuticals and biocatalysis）領(lǐng)域，使得蛋白質(zhì)在材料組裝方面的潛力遠(yuǎn)未得到充分探索。如今，大多數(shù)蛋白質(zhì)工程師只設(shè)計(jì)藥物和酶。如果這個(gè)項(xiàng)目成功，他們將設(shè)計(jì)出應(yīng)用于電子、能源、基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域的下一代材料—而蛋白質(zhì)將成為“通用制造器”（universal fabricators）。

作為ARIA的項(xiàng)目主任，我自己并沒有實(shí)驗(yàn)室。我的職責(zé)是設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案、遴選資助對象、并協(xié)調(diào)他們朝著項(xiàng)目的“北極星”技術(shù)愿景前進(jìn)。因此，項(xiàng)目的成功幾乎完全取決于受資助方——他們將致力于將蛋白質(zhì)開發(fā)成通用制造器。我需要那些渴望成為“通用制造器”的研究人員和實(shí)驗(yàn)室。這個(gè)目標(biāo)宏大、工程繁重、且具有高度跨學(xué)科性質(zhì)的項(xiàng)目，其大量工作很可能非常適合由“前沿研究承包商”（FRC）—也就是所謂的“先鋒突破研究組織”（BBN）—來承擔(dān)。

為什么選擇前沿研究承包商（FRC）

Why FRCs

正如Eric在之前一篇FreakTakes文章中所寫：

前沿研究承包機(jī)構(gòu)往往有著雄心勃勃的目標(biāo)，這些目標(biāo)對于學(xué)術(shù)界來說工程負(fù)擔(dān)過重、跨學(xué)科要求過高或過于偏重應(yīng)用。同時(shí)，它們關(guān)注的往往是那些不適合風(fēng)險(xiǎn)投資的市場—原因要么是（a）這些市場并非價(jià)值數(shù)十億美元的大市場，要么是（b）工作的經(jīng)濟(jì)影響可能極其巨大，但無法在風(fēng)投基金約10年的存續(xù)期內(nèi)實(shí)現(xiàn)回報(bào)。

當(dāng)然，也有極少數(shù)的學(xué)術(shù)研究團(tuán)隊(duì)能夠克服這些障礙。這些實(shí)驗(yàn)室通常資金充足、高度跨學(xué)科，并且此前與ARPA風(fēng)格的機(jī)構(gòu)（如DARPA、ARPA-H等）有過合作經(jīng)歷。這些實(shí)驗(yàn)室擁有孵化公司的文化，從而能將研發(fā)工作合理分配—主實(shí)驗(yàn)室專注于基礎(chǔ)科學(xué)研究，而孵化出的公司則承擔(dān)更多“重工程”或“以用戶/產(chǎn)品為中心”的工作（These labs have a culture of spinning out companies,allowing for R&D to be distributed between basic scientific research in the main lab and more“engineering-heavy”or“user/product-focused”work in spinouts）。然而，這樣的實(shí)驗(yàn)室鳳毛麟角。即便存在，它們孵化出的公司也往往要受制于風(fēng)險(xiǎn)投資的約束。

例如，一個(gè)屢見不鮮的故事是：一家令人興奮的材料初創(chuàng)公司，懷揣著構(gòu)建革命性平臺(tái)技術(shù)的夢想，卻在市場和投資者利益的驅(qū)動(dòng)下，被迫走向制藥行業(yè)的利基市場（niche market），或者只能對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行漸進(jìn)式的改良。這些工作固然都有用，但往往無法實(shí)現(xiàn)創(chuàng)始人最初的雄心壯志。對于追求利潤最大化的公司來說，這完全是可以理解的，但一旦你將技術(shù)范圍縮小到僅那些符合風(fēng)投約束條件的市場，許多從社會(huì)意義上令人振奮的技術(shù)探索方向就會(huì)因此喪失。

在我看來，前沿研究承包商（FRC）是技術(shù)效益最大化的組織（technology-maximising organizations）。它們向客戶尋求合同收入，不是僅僅將其作為追求的最大化目標(biāo)，而是將其視作推動(dòng)“科學(xué)與工程雙重突破”的燃料（as fuel to develop coupled science-engineering breakthroughs）。這些團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)致力于挑戰(zhàn)那些看似不可能的工作（seek to do work at the edge of the impossible）。正因如此，類似FRC的組織非常適合我們這樣的項(xiàng)目。

“通用制造器”前沿研究承包商

Universal Fabricator FRCs

我們5000萬英鎊項(xiàng)目的大部分資金，將用于資助少數(shù)幾個(gè)（少于10個(gè)）將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為通用制造器的團(tuán)隊(duì)。關(guān)于一個(gè)能夠成功構(gòu)建出通用制造器的前沿研究承包商（FRC）應(yīng)該長什么樣，存在著多種不同的設(shè)想。其中一種形態(tài)，可能是由具備以下典型背景的人才所組成的團(tuán)隊(duì)：

1.蛋白質(zhì)工程師（Protein Engineer）—在分子尺度上設(shè)計(jì)構(gòu)建塊（building blocks）及其相互作用。

2.復(fù)雜軟物質(zhì)專家（Complex Soft Matter Expert）—調(diào)控構(gòu)建塊之間的短程和長程相互作用，使其能夠在正確的長度尺度和時(shí)間尺度上進(jìn)行組裝。

3.無機(jī)材料礦化專家（Inorganic Materials Mineralization Expert）—編程控制無機(jī)物質(zhì)的成核與生長，使其結(jié)晶或結(jié)成非晶態(tài)，從而轉(zhuǎn)化為極具價(jià)值的功能材料。

4.過程（工藝）工程師（Process Engineer）—設(shè)計(jì)反應(yīng)環(huán)境，構(gòu)建“錯(cuò)誤自校正”的組裝系統(tǒng)，通過施加場和流體動(dòng)力學(xué)對組裝過程產(chǎn)生選擇壓（impose selective pressures for assembly through fields and flows）。

無論這些團(tuán)隊(duì)如何構(gòu)建和組成，他們都應(yīng)能夠快速迭代“設(shè)計(jì)—測試”循環(huán)—從氨基酸序列出發(fā)，迅速推進(jìn)到單分子設(shè)計(jì)，再到體系設(shè)計(jì)，再到場/流體輔助下的組裝（液體→漿料→固體）（liquid→slurry→solid）。

需要進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)的是，這個(gè)全明星團(tuán)隊(duì)配置只是（我本人）對如何構(gòu)建一個(gè)通用制造器型FRC的一種設(shè)想。我們正在尋找富有創(chuàng)造力的人，希望他們對團(tuán)隊(duì)構(gòu)成有自己的見解，能夠以超出我們預(yù)期的想象力來填補(bǔ)以下領(lǐng)域之間的空白：

1.生物學(xué)與固體物理學(xué)之間（Biology and solid-state physics）

2.蛋白質(zhì)組裝+模板化礦化（序列→結(jié)構(gòu)→功能）與可規(guī)?；牧现圃欤庸ぁY(jié)構(gòu)→性能）之間

（Protein assembly+templated mineralisation(sequence→structure→function)and scalable materials manufacturing(processing→structure→performance)）

如果成功，我希望這些通用制造器能夠完成定義人類下一個(gè)歷史時(shí)代的工作。我期待讀到任何有長遠(yuǎn)愿景、也有實(shí)現(xiàn)路徑的團(tuán)隊(duì)所提交的方案。

蛋白質(zhì)生產(chǎn)型FRC及其他

Protein Production FRCs and Beyond

除了構(gòu)建由蛋白質(zhì)編程的制造平臺(tái)團(tuán)隊(duì)之外，本項(xiàng)目可能還會(huì)受益于其他具備前沿研究承包商（FRC）特質(zhì)的團(tuán)隊(duì)。我們需要解決的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，是如何擴(kuò)大“蛋白質(zhì)序列到功能”的“設(shè)計(jì)-測試”循環(huán)規(guī)模（scaling up protein sequence-to-function design-test cycles）。如今，在分子尺度上進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬篩選和自動(dòng)化分析已經(jīng)可以高效完成。但如果要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，將這一規(guī)模擴(kuò)大好幾個(gè)數(shù)量級以達(dá)到材料尺度，樂觀估計(jì)目前也需要數(shù)月時(shí)間。理想情況下，我們希望將這一時(shí)間縮短到一周以內(nèi)，以匹配目前藥物設(shè)計(jì)管線中的最前沿水平。

一個(gè)專注于推進(jìn)快速交付—即大批量、定制化、工程化蛋白質(zhì)生產(chǎn)的前沿研究承包商（FRC），很可能會(huì)成為我們項(xiàng)目最重要的供應(yīng)商之一。具體而言，我正在尋找這樣一個(gè)團(tuán)隊(duì)，他們能夠開發(fā)出一種系統(tǒng)：如果我給你一段任意的蛋白質(zhì)序列，你能夠在一周內(nèi)交給我足夠的材料，去例如模板化組裝出一塊大到足以測量其最大磁能積（(BH)max）的磁體。

目前，這項(xiàng)工作可能還需要依賴生命系統(tǒng)來完成，但可以想象，通過大幅改進(jìn)的非生命生產(chǎn)系統(tǒng)（例如無細(xì)胞系統(tǒng)、蛋白質(zhì)打印機(jī)）也能實(shí)現(xiàn)。如果一個(gè)團(tuán)隊(duì)有能力并且有志于顯著提升該領(lǐng)域的技術(shù)水平，那么它就是我們有可能扶持創(chuàng)立的一個(gè)寶貴組織。

我們預(yù)計(jì)，這種服務(wù)除了滿足我們這個(gè)材料科學(xué)項(xiàng)目的需求和周期之外，對各種其他客戶也會(huì)極其有用。在短期內(nèi)，我們預(yù)計(jì)，從制藥、生物催化劑到食品、纖維和包裝等市場，也能獲得可持續(xù)的合同收入。這些合同，加上我們項(xiàng)目自身的大量需求，將能夠提供穩(wěn)定的資金，用于攻克技術(shù)障礙，從而追求該領(lǐng)域雄心勃勃的長期目標(biāo)。

這僅僅是符合我項(xiàng)目需求的兩種可能的FRC示例。我非常期待讀到你們提出更多此類方案的申請。例如，在計(jì)量學(xué)等領(lǐng)域的FRC提案將尤其受歡迎。是否存在一個(gè)具備FRC特質(zhì)的團(tuán)隊(duì)，能夠快速測量出蛋白質(zhì)在宏觀結(jié)構(gòu)中無缺陷嵌入的精細(xì)情況（Is there an FRC-shaped group that could quickly measure defect-free incorporation of proteins into macroscopic structures）？

冒險(xiǎn)召喚

Call To Adventure

在加入ARIA之前，我是一名困在材料與生物技術(shù)交叉領(lǐng)域的研究者—既是生物技術(shù)孵化器中唯一一家非醫(yī)療健康類公司，又是氣候加速器中唯一一個(gè)生物技術(shù)項(xiàng)目—同時(shí)還被夾在學(xué)術(shù)界與利潤最大化的初創(chuàng)公司之間。而ARIA為我提供了一條更直接的替代路徑，去實(shí)現(xiàn)我“制造豐饒”（Manufacturing Abundance）的北極星愿景。通過“通用制造器”這一項(xiàng)目，我希望為其他人也開辟出不同的路徑。如果這篇文章引起了你的共鳴，那就讓我們一起踏上這段旅程吧。

參考信息：

來自ARIA網(wǎng)站上的介紹：

https://aria.org.uk/opportunity-spaces/manufacturing-abundance/universal-fabricators/

通用制造器

Universal Fabricators

在5000萬英鎊資金的支持下，該項(xiàng)目隸屬于“制造豐饒”（Manufacturing Abundance）這一機(jī)遇領(lǐng)域，旨在利用蛋白質(zhì)來規(guī)模化生產(chǎn)具有功能通用性的各種材料。

技術(shù)領(lǐng)域

Technical Areas

本項(xiàng)目分為兩個(gè)技術(shù)領(lǐng)域（TA），每個(gè)領(lǐng)域均有各自明確的目標(biāo)。

技術(shù)領(lǐng)域一（TA1）：蛋白質(zhì)程序化材料制造平臺(tái)

專注于解決工程難題，以解鎖可編程制造平臺(tái)技術(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域二（TA2）：規(guī)?；糯?/p>

基于技術(shù)領(lǐng)域一的成果，各團(tuán)隊(duì)將與行業(yè)合作伙伴協(xié)作，根據(jù)具體的應(yīng)用需求對其技術(shù)路線進(jìn)行規(guī)?；糯蟆?/p>

原文鏈接：

https://substack.com/home/post/p-188179441