第一作者孫秋實是香港大學(xué)計算與數(shù)據(jù)科學(xué)學(xué)院博士生，碩士畢業(yè)于新加坡國立大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)系。主要研究方向為Computer-usingagents和Codeintelligence，在NLP和ML頂會ACL，EMNLP，ICLR，COLM等發(fā)表多篇論文。本文的OS-Copilot團隊此前已發(fā)布了OS-Atlas、OS-Genesis和SeeClick等同系列電腦智能體研究成果，被廣泛應(yīng)用于學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)實踐中。

用于輔助科學(xué)研究的大模型智能體，正在悄然發(fā)生變化

1背景與動機

過去幾年，隨著LLMs和VLMs的飛速進步，我們見證了AI在自然語言處理、編程、圖像理解等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。而在科學(xué)研究這一關(guān)乎人類知識積累的關(guān)鍵場域，基于這些強大模型的智能體正悄然成為科研工作流的“新型合作者”。

在早期，AI在科學(xué)中的角色往往是“分析器”——幫助分析數(shù)據(jù)、撰寫文獻、生成圖表。但隨著電腦智能體（Computer-UsingAgents，也稱CUA）的出現(xiàn)，這一角色正在發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變。相比于傳統(tǒng)的語言模型助手，這類智能體能夠像人類一樣操作計算機，通過圖形界面點擊、拖拽、輸入命令，或是編寫程序完成計算任務(wù)，完成對真實科研軟件的自動化控制。這意味著，它們不再只是回答問題，而是在主動與你一起完成科學(xué)任務(wù)，成為具備“執(zhí)行能力”的AI合作者。

1-1從語言理解走向科研執(zhí)行：全新的挑戰(zhàn)

在復(fù)雜的科研場景中，軟件工具的多樣性、任務(wù)流程的長周期、跨模態(tài)信息的交錯，令“用AI真正完成一項科研任務(wù)”遠(yuǎn)比解答一個科學(xué)問題要困難得多。例如，模擬蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)需要調(diào)用生物建模軟件，查看星體軌跡要熟練操作天文模擬器，甚至還需要自動將結(jié)果整理進LaTeX文檔。實現(xiàn)這樣的能力，需要智能體具備：

軟件操作能力：能夠使用圖形界面（GUI）與命令行（CLI）控制復(fù)雜科學(xué)工具；

領(lǐng)域理解能力：理解任務(wù)背后的科學(xué)概念與背景知識；

跨模態(tài)感知與規(guī)劃：在圖形界面、終端指令、科學(xué)數(shù)據(jù)之間進行有效推理和行動。

然而，現(xiàn)有的多模態(tài)智能體系統(tǒng)大多在網(wǎng)頁、電商、編程等通用任務(wù)上取得了一定進展，在科學(xué)領(lǐng)域卻還在蹣跚學(xué)步。一個很重要的原因在于：缺乏一個真實、系統(tǒng)化的科研環(huán)境與評估基準(zhǔn)，來推動agent從“會說會寫會敲代碼”走向“會做”。

1-2科研任務(wù)中的空白：環(huán)境與評測的雙重缺失

盡管社區(qū)已提出多項CUA智能體評測（如WebArena、OSWorld等），但這些工作大多集中在日常場景和通用軟件上，其復(fù)雜性遠(yuǎn)未觸及真實科研工作。而以ScienceQA和SciCode為代表的科學(xué)評測人任務(wù)，其任務(wù)方式依然停留在QA和靜態(tài)的代碼編寫上。在真實的科學(xué)探索過程中，軟件工具往往具有非標(biāo)準(zhǔn)I/O流、復(fù)雜界面邏輯、需要先配置再執(zhí)行、多步操作才能完成目標(biāo)——這對智能體提出了前所未有的挑戰(zhàn)。因此，我們需要（1）一個可靠的環(huán)境讓Agent可以進行自主探索以及（2）一個多模態(tài)多領(lǐng)域的評測基準(zhǔn)，來了解科學(xué)任務(wù)的自動化可以被完成到何種程度

在這樣的背景下，我們提出了ScienceBoard：首個面向科學(xué)任務(wù)、真實交互、自動評估的多模態(tài)智能體評測環(huán)境，目標(biāo)是從根本上推動“會自動完成科學(xué)工作流的AI”的研究進展。

論文題目：

ScienceBoard:EvaluatingMultimodalAutonomousAgentsinRealisticScientificWorkflows

項目地址：

https://qiushisun.github.io/ScienceBoard-Home/

研究機構(gòu)：香港大學(xué)，上海人工智能實驗室，復(fù)旦大學(xué)，北京大學(xué)，耶魯大學(xué)

2ScienceBoard基建：科研任務(wù)的可交互操作環(huán)境

2-1多領(lǐng)域科研軟件集成

ScienceBoard基于Ubuntu虛擬機搭建，內(nèi)置了多個開源科研軟件，并對其進行了系統(tǒng)性的重構(gòu)和改造，確保每個任務(wù)都能通過CLI/GUI雙通道進行交互。整個系統(tǒng)具備以下特點：

多領(lǐng)域科研軟件集成：作為一個可擴展的環(huán)境，ScienceBoard默認(rèn)集成了6個科學(xué)領(lǐng)域的軟件，包括生物化學(xué)，天文模擬，地理信息系統(tǒng)等。

雙模態(tài)操作接口：每個軟件均支持GUI和CLI控制，支持屏幕截圖（Screenshots）、可訪問性樹（a11ytree）和Set-of-Marks等多模態(tài)輸入，允許agent靈活選擇交互方式。

自動初始化機制：每個工作場景都配備初始化腳本、配置文件、輔助數(shù)據(jù)，確保agent可以從相同起點開始實驗，保證評測可復(fù)現(xiàn)性。

可靠的自動評估機制：作者們編寫了一整套可擴展的任務(wù)評估函數(shù)，支持?jǐn)?shù)值匹配、范圍區(qū)間、狀態(tài)對比等方式，對復(fù)雜科學(xué)操作實現(xiàn)執(zhí)行級評估（execution-basedevaluation）。

2-2動作空間

為了讓agent能在不同任務(wù)中使用統(tǒng)一接口與動作表示，ScienceBoard在先前CUA/CodingAgents工作的基礎(chǔ)上進行了擴展，為Agents定義了一個通用動作空間，涵蓋以下幾類操作：

GUI操作動作：如CLICK[x,y]、SCROLL[Δy]、TYPE[“text”]等模擬人類操作

CLI命令執(zhí)行：在終端/軟件內(nèi)部輸入代碼指令并獲取反饋

其它類型調(diào)用：

ocall_api：訪問外部API拓展agent能力

oanswer[“...”]：用于任務(wù)型QA作答

流程控制動作：如DONE,FAIL等用于表明交互終止

這樣的設(shè)計使得通過LLM/VLM構(gòu)建的不同agent在ScienceBoard環(huán)境中都能通過結(jié)構(gòu)化API實現(xiàn)通用交互能力，真正具備“跨軟件、跨模態(tài)”的通用執(zhí)行接口。

3ScienceBoard評測集：高質(zhì)量科研任務(wù)數(shù)據(jù)集

基于上述的多模態(tài)科學(xué)探索環(huán)境基建，ScienceBoard構(gòu)建了一個系統(tǒng)化、具挑戰(zhàn)性的科研任務(wù)集合，作為評估AI智能體科學(xué)能力的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)。該基準(zhǔn)不僅覆蓋多種科研軟件，還充分考慮任務(wù)多樣性、復(fù)雜度和可執(zhí)行性，目標(biāo)是推動智能體從“看得懂”走向“做得對”。

3-1科學(xué)探索問題的構(gòu)建

要評估一個智能體是否真正具備完成科學(xué)任務(wù)的能力，關(guān)鍵不僅在于環(huán)境，更在于任務(wù)本身是否足夠真實、足夠復(fù)雜、足夠可衡量。為此，ScienceBoard采用了人工設(shè)計+程序驗證的混合標(biāo)注流程：由學(xué)習(xí)過相關(guān)領(lǐng)域知識的人員基于真實軟件手冊構(gòu)思任務(wù)目標(biāo)，通過多輪交叉驗證確保指令清晰、操作合理，再配套自動初始化腳本與程序化評估函數(shù)，最終構(gòu)成一個高度標(biāo)準(zhǔn)化、可復(fù)現(xiàn)、可自動評估的科研任務(wù)集合。

3-2多維評測基準(zhǔn)

ScienceBoard的當(dāng)前版本共收錄169個真實科研任務(wù)，橫跨6個領(lǐng)域（及其對應(yīng)配套的軟件），任務(wù)類型涵蓋：基礎(chǔ)軟件與環(huán)境設(shè)置，科學(xué)模擬與計算，圖形繪制與空間可視化，數(shù)據(jù)查詢與結(jié)果解釋，科研文檔撰寫與整合，跨軟件復(fù)合工作流等等

為系統(tǒng)性考察智能體的不同層級能力，任務(wù)被劃分為四類難度：

Easy（~54%）：執(zhí)行單步配置、簡單計算和編程、操作界面

Medium（~28%）：涉及多步指令、邏輯推理或跨模態(tài)狀態(tài)跟蹤與記憶

Hard（~17%）：需完成Long-horizon規(guī)劃、精細(xì)的GUI定位、多程序協(xié)作等

OpenProblems：當(dāng)前SOTA模型仍不可能完成的開放探索挑戰(zhàn)性任務(wù)

4實驗與評估

我們在ScienceBoard評測基準(zhǔn)上評估了當(dāng)前代表性的（1）商業(yè)模型（2）開源模型（3）GUI基座模型所構(gòu)建的智能體的表現(xiàn)，結(jié)果揭示：即便是當(dāng)今最強的多模態(tài)大模型，在真實科研工作流中也遠(yuǎn)未成熟。

4-1主要實驗

在整體任務(wù)成功率上：

1.GPT-4o和Claude3.5等商業(yè)大模型雖領(lǐng)先于開源模型，但平均成功率也僅為15%左右；

2.開源的InternVL3和Qwen2.5-VL在部分任務(wù)上有超越商業(yè)模型的表現(xiàn)，但跨領(lǐng)域表現(xiàn)仍不穩(wěn)定；

專門設(shè)計的GUIActionModels如OS-ATLAS、UGround等，雖然對接系統(tǒng)更輕量，卻在長任務(wù)、跨模態(tài)任務(wù)上明顯受限。

可以從實驗中看出：完成科學(xué)工作流的門檻遠(yuǎn)高于Webbrowsing任務(wù)或移動/桌面端應(yīng)用的交互。模型需要在視覺、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、復(fù)雜指令之間基于領(lǐng)域知識多輪推理、長程規(guī)劃。

更重要的是，我們在實驗中發(fā)現(xiàn)：許多失敗并非源于模型知識不足，而是執(zhí)行策略不當(dāng)。例如，模型可能正確理解了“導(dǎo)出蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)圖”，卻因點擊順序錯誤而未能完成任務(wù)。

4-2拆解規(guī)劃與動作

進一步的分析實驗還揭示了一個耐人尋味的趨勢：許多失敗的智能體其實“知道要做什么”，卻“做不好”。以GPT-4o為代表的模型，在任務(wù)規(guī)劃上展現(xiàn)了強大的理解能力，但在面對真實界面時，常因點擊不準(zhǔn)（e.g.,無法點中正確的星球）、路徑偏差而執(zhí)行失敗。這表明：當(dāng)前模型在“想清楚”與“做準(zhǔn)確”之間仍存在斷層。

為進一步驗證這一現(xiàn)象，我們嘗試將規(guī)劃（Planning）與執(zhí)行（Action）解耦，構(gòu)建模塊化智能體系統(tǒng)：由GPT-4o負(fù)責(zé)生成高階計劃，再由各類開源VLM或GUIActionModel執(zhí)行具體操作。

實驗結(jié)果顯示：這種模塊化設(shè)計顯著提升了成功率，尤其在界面復(fù)雜、操作鏈條長的科研軟件任務(wù)中，能夠更穩(wěn)健地完成目標(biāo)。

5展望

ScienceBoard的實驗表明，當(dāng)前智能體的瓶頸不僅在操作層，更在于領(lǐng)域知識與通用agent能力的割裂。許多模型可以正確地執(zhí)行點擊或輸入命令，但缺乏對科學(xué)任務(wù)背后知識的理解。因此，未來的關(guān)鍵方向在于：讓智能體真正“理解科學(xué)”。這或許包括利用Manual與Tutorial等資源進行“任務(wù)相關(guān)學(xué)習(xí)”，或構(gòu)建可根據(jù)上下文調(diào)用外部知識的系統(tǒng)，

另一個值得關(guān)注的方向是智能體系統(tǒng)。我們的實驗顯示，即使是簡單的“分工合作”策略（如GPT-4o負(fù)責(zé)計劃、其他模型負(fù)責(zé)執(zhí)行）也能帶來顯著收益。這為未來的“科研AI團隊”奠定了雛形：一個系統(tǒng)可能由具備強邏輯推理能力的planner、擅長執(zhí)行的GUI模型、掌握專業(yè)知識的領(lǐng)域?qū)＜夷Ｐ徒M成。它們可按需組合，靈活適配科研生命周期中的不同階段，從數(shù)據(jù)分析、圖表生成到論文潤色，真正成為“可編排、可插拔”的科研伙伴。

更長遠(yuǎn)地看，ScienceBoard提出的框架也為實驗室層面的智能化探索打下了基礎(chǔ)。從虛擬科研助手，到物理實驗機器人，從Coding/QA模型到實驗助手，AI科學(xué)家的未來，不再只是數(shù)字世界里的概念，而是正在緩慢走向現(xiàn)實。

6結(jié)束語

作為首個聚焦科學(xué)探索任務(wù)的多模態(tài)智能體評測框架。ScienceBoard提供了一個真實可交互的科研環(huán)境，精心設(shè)計了具有代表性的科研任務(wù)，并配套程序化評估機制，系統(tǒng)性評估現(xiàn)有模型在科學(xué)任務(wù)上的表現(xiàn)。實驗發(fā)現(xiàn)，即便是當(dāng)前最強的通用模型，在復(fù)雜科研工作流中的成功率仍顯著低于人類，盡管智能體自動化科學(xué)探索仍是一個長期目標(biāo)，但本工作提供了一個可復(fù)現(xiàn)、可衡量、可擴展的起點，也為通向全自動化AI科學(xué)家之路點亮了第一盞燈。