實驗室配件之明确智能實驗室的内涵特征和建設構想

01、智能實驗室的基本内涵和特(tè)點。

智能實驗室(shì)的基本内涵。

智慧的(de)意思是聰明才(cái)智，是生命基于生理(lǐ)和(hé)心理器官的創(chuàng)造性思維能力，包括對自然(rán)和人文的感知、記憶、理解、分析、判斷、升華等(děng)所有能力。随着2008年(nián)IBM提出的智(zhì)慧地球逐漸流行起來，智慧城市、智慧社區、智慧工(gōng)廠、智慧家(jiā)居、智慧(huì)餐廳甚至智慧廁所應運而生。

什麼是智能實驗室？大量文獻沒有解(jiě)釋智能實驗室的内涵。IBM公司提(tí)出的智能地球(qiú)有三(sān)個要素，即3I：物聯(lián)網、互聯網、智能化(huà)。本質上(shàng)是指新一代IT、互聯網技(jì)術充分應用于各行各業，将傳感器嵌入并裝(zhuāng)備到世界各地的醫院、電網、鐵路、橋梁、隧道、公(gōng)路、建(jiàn)築、供水系統、大(dà)壩、油氣管道，通過(guò)互聯網形成物聯網；然後通過超級計算機和雲計算(suàn)，人類可以更精細、更動(dòng)态的工作和生活，從而在世界範圍内提高智能水平。

智能實驗室配件的特點(diǎn)。

首先，它具(jù)有感知事物(包括(kuò)實驗室人員、環境、設備、樣品等)狀态的能力。)。例如，具有測量環境(jìng)信息溫度傳感器、壓力(lì)傳感器、濕度傳感器；FRID信息或二維碼識(shí)别器，用于感知設備狀态和樣(yàng)品狀态；高清識别器等。

第二，能夠處理感知系(xì)統傳遞的數(shù)據(jù)和過去的曆史數據，通過算法(fǎ)能夠掌握實驗室人(rén)員的内心、語言或行為需求。

第三，可以将(jiāng)代表實驗室人員需求、環境變(biàn)化、研究對象的信息轉化為(wéi)控(kòng)制信(xìn)息，控制相(xiàng)關系統，自動滿足實驗室(shì)人員的需求或自動完成實驗室任務。如果張三經常在實驗室将實驗(yàn)室内工作溫度調(diào)整到25℃，那麼隻(zhī)要張三來實驗(yàn)室，實驗室就會通過網絡(luò)将控制信号傳遞給溫控系統，自動調(diào)整到25℃；另外，實(shí)驗室人員經過多次實驗，得到規律，再次實驗時，實驗室系統會自動給出實驗參考方案。

02、智(zhì)能實驗室(shì)設計的組成。

智能化實驗(yàn)室除了具備一般實驗室所需的建築、設施設備外(wài)，還具系統、信息(xī)傳輸系統(tǒng)、信息處理(lǐ)系(xì)統、執行系統四種(zhǒng)重要系統。

1.感知系統。

主要包(bāo)括門禁系統、人臉識别系統、紅外傳感系統(tǒng)、環境傳感系統、設備狀态(tài)傳感系統(如設(shè)備參數采集(jí)系統)和樣品狀态(tài)表示系統。

2.信息傳(chuán)輸系統。

通過無線(xiàn)傳輸技術(4G、5G、紅外線)和有線(xiàn)網絡将(jiāng)物聯網感知信息傳輸到(dào)各種計算機(jī)服務器。

3.信息處(chù)理系統。

通過大數據、人工智能(néng)、區塊鍊(liàn)、模拟技術等技術(shù)，開發了一個自學和适應的處理系統軟件，識别和判斷(duàn)通過互聯網傳(chuán)輸的物聯網感知(zhī)數據，然後通過網絡系統将處理控制(zhì)信号傳輸到物(wù)聯網終端，控制終端進(jìn)行相應的操作。

4.執(zhí)行系(xì)統。

主要是通過網絡(luò)系統将服務器發出的控制信息傳遞給各種需要(yào)運行的設備，如室内(nèi)壓力(lì)的新風閥或排氣閥、門禁(jìn)系統的開關、窗簾關閉的(de)步進電機等。一些感(gǎn)知系統和(hé)執行系(xì)統集成在一起。

03、智能實驗室常用(yòng)技術。

1傳(chuán)感器(qì)技術。

傳(chuán)感器技術是實現智能(néng)實驗室的基礎，是确定實驗室人員(yuán)需求、實驗(yàn)室環境(jìng)參數、樣品位置和(hé)方法是否正确的關鍵技術。例如，高(gāo)溫傳感器、低溫傳感器、壓力傳感器、速度傳感器、照度傳感器(qì)、聲波(bō)傳感器和位移傳感(gǎn)器。目前，傳感器類别(bié)主要見圖2。

2.網絡和計算機技術。

網絡技(jì)術主要解決數據傳輸問題，相當于人類神經系統。目前，5G技術是典型的無線網絡(luò)技術。計算機是(shì)處理各種數據的主角。随(suí)着量子(zǐ)計算機和生物計算機的發(fā)展，計算速度更快、更準确。

3.智能化與大數據技術

智能化計算技術逐漸(jiàn)具有人的邏輯思(sī)維能力，必将成為智(zhì)能化實驗室的關健技術；大數(shù)據技術能及時收集實驗室相(xiàng)關人員(yuán)、物品和環境(jìng)信息(xī)，幫助數據積累(lèi)，為智能化(huà)計算提供(gòng)基本數據，如實(shí)驗室人員的偏好、某廠家原材料的特性等，能(néng)為智能化(huà)實驗室提供更加準确的信息。

4.自控和機器(qì)人技術。

自控(kòng)技術和機器人技術是術是(shì)終實現實驗室人員訴求的(de)執行機構，例如在機器人的範(fàn)圍内配送消耗品(pǐn)移樣品、自動(dòng)控制(zhì)系統實現實驗室内空氣置換和溫濕度調節等。

04、建議建立(lì)智能實驗室。

1.完(wán)善智能實驗室标準體系。

制定标準、行業标準或團體标(biāo)準，明确智能實驗室的内涵和基本功能，制定智能實驗室的基本(běn)框架(jià)，明确數據格式、智能設備和傳感器接口标準。促進智能(néng)實驗室産(chǎn)品開發、推廣和普(pǔ)及(jí)。

2.加(jiā)強關鍵智能傳感(gǎn)器的(de)開發。

智能傳感器是智能實驗室配件的關(guān)鍵技術。目(mù)前，傳感器(qì)大多依賴進口。行業應在(zài)十四五期間納入科研項(xiàng)目總體規劃，集中解決一批傳感器。

3.充分利用社區組織的力量。

各類實驗室協會(huì)、學會等社區組織(zhī)是促進實驗室配件和(hé)技術發展的重要力量，各社區(qū)組織應重視智能實驗室發展帶來(lái)的行業牽引和内需(xū)動力(lì)，在某行業、地區範圍内(nèi)深入調查研究，提出智能實驗室發展需求和建議措施。例如，制定團體标準(zhǔn)等。

4.量力而行，避免(miǎn)一哄(hǒng)而上。

效益是實驗室配件的終目的，各部門在建設智能實驗(yàn)室各單位應加(jiā)強論證，考慮投入和産出(chū)效益。不要盲目追求所謂(wèi)的高水平，而要(yào)量力而行(háng)，堅決不允許趕時尚，擺花架。

智能化實驗室是未來發展(zhǎn)的重要方向，是解放實驗室(shì)人員(yuán)繁(fán)重勞動的重要途徑。要正确理解智慧的深刻内涵，從層面把握(wò)智慧實(shí)驗室的發展規律，設定智慧實驗的發展目标。由高度自動化、高風險的實驗室配件設計開始試點，逐步探索，掌握規(guī)律後在行業或層面推廣普及。