Autonomous laboratories promise to accelerate discovery by coupling learning algorithms with robotic experimentation, yet adoption remains limited by fragmented software that separates high-level planning from low-level execution. Here we present UniLabOS, an AI-native operating system for autonomous laboratories that bridges digital decision-making and embodied experimentation through typed, stateful abstractions and transactional safeguards. UniLabOS unifies laboratory elements via an Action/Resource/Action&Resource (A/R/A&R) model, represents laboratory structure with a dual-topology of logical ownership and physical connectivity, and reconciles digital state with material motion using a transactional CRUTD protocol. Built on a distributed edge-cloud architecture with decentralized discovery, UniLabOS enables protocol mobility across reconfigurable topologies while supporting human-in-the-loop governance. We demonstrate the system in four real-world settings -- a liquid-handling workstation, a modular organic synthesis platform, a distributed electrolyte foundry, and a decentralized computation-intensive closed-loop system -- showing robust orchestration across heterogeneous instruments and multi-node coordination. UniLabOS establishes a scalable foundation for agent-ready, reproducible, and provenance-aware autonomous experimentation.


翻译:自主实验室通过将学习算法与机器人化实验相结合,有望加速科学发现,但当前碎片化的软件系统将高层规划与底层执行分离,限制了其广泛采用。本文提出UniLabOS,一个面向自主实验室的AI原生操作系统,它通过类型化、有状态抽象和事务性保障机制,在数字化决策与实体化实验之间架起桥梁。UniLabOS通过动作/资源/动作&资源(A/R/A&R)模型统一实验室要素,采用逻辑归属与物理连接的双拓扑结构表征实验室架构,并运用事务性CRUTD协议协调数字状态与物质运动。该系统基于具备去中心化发现机制的分布式边云架构构建,支持协议在可重构拓扑间的迁移,同时允许人在回路的治理。我们在四个真实场景中验证了该系统——液体处理工作站、模块化有机合成平台、分布式电解质制备工厂以及去中心化计算密集型闭环系统——展示了其在异构仪器间稳健的编排能力与多节点协同性能。UniLabOS为具备智能体就绪、可复现且可溯源的自主实验建立了可扩展的基础框架。

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