實驗室配件(Jian)之明(Ming)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[Te]點。

智能實驗室(Shi)的基[Ji]本内涵。

智慧的(De)意思是聰明才智，是[Shi]生命基于生理(Li)和心理器官的創(Chuang)造性思維能力，包[Bao]括對(Dui)自然和人文的(De)感知、記[Ji]憶、理解、分析、判斷、升華等所有能力。随着2008年(Nian)IBM提出的智慧地球[Qiu]逐(Zhu)漸流行起來，智[Zhi]慧城市、智慧社區、智慧(Hui)工(Gong)廠、智慧家居、智慧餐廳甚至智慧廁[Ce]所應運而(Er)生。

什麼是智能實驗室？大量[Liang]文獻沒(Mei)有解(Jie)釋智能實驗[Yan]室的内涵。IBM公司提出的智能地球有三個要素，即3I：物(Wu)聯網、互聯網、智能化。本質上(Shang)是指(Zhi)新一代IT、互聯網技(Ji)術(Shu)充分應用于各行各[Ge]業[Ye]，将傳感器嵌入并[Bing]裝備到世界各地的醫院、電網、鐵路、橋梁[Liang]、隧道、公路、建築[Zhu]、供水系統、大[Da]壩(Ba)、油氣管道(Dao)，通過互聯網形成物[Wu]聯網；然後通過[Guo]超級計算機和[He]雲計算，人[Ren]類可以更精細、更(Geng)動(Dong)态的工作和生[Sheng]活，從而在世界範圍内提[Ti]高智能(Neng)水平。

智能實驗室配件的特點。

首先，它具[Ju]有感知事物(包括實[Shi]驗室人員、環境[Jing]、設備、樣品等)狀态的能力(Li)。)。例如[Ru]，具有測量環境[Jing]信息溫度傳感器、壓力傳[Chuan]感器、濕度傳感(Gan)器(Qi)；FRID信息或二維碼識[Shi]别器，用[Yong]于感知設備(Bei)狀态和樣品狀态；高(Gao)清識别器等。

第二，能夠處理感(Gan)知系統傳[Chuan]遞的數據和過去的曆史[Shi]數據，通過算法[Fa]能[Neng]夠掌握實驗室人員的内心、語言或行為需[Xu]求。

第三，可以将[Jiang]代表實驗室人(Ren)員需求、環境[Jing]變化、研究對象的信[Xin]息轉化為控制信(Xin)息，控制相關系統，自動滿[Man]足實驗室人員的需求或自動[Dong]完成實(Shi)驗室任務。如(Ru)果張三經(Jing)常(Chang)在實驗室将實驗(Yan)室内工作(Zuo)溫度調[Diao]整到25℃，那麼隻要張三來(Lai)實驗室，實驗室就[Jiu]會通過網絡(Luo)将控制信号傳遞給溫控系統，自動調整到25℃；另[Ling]外，實[Shi]驗室人員(Yuan)經過多次實驗[Yan]，得到(Dao)規律，再[Zai]次實驗時，實驗室[Shi]系統會(Hui)自動給出實驗參考方案[An]。

02、智(Zhi)能實驗室設計的(De)組成。

智能化實驗(Yan)室除(Chu)了具備一般實驗室所需的建築、設施設[She]備外[Wai]，還具系統、信息傳輸系統、信息[Xi]處理系統、執行系統[Tong]四種(Zhong)重要(Yao)系統。

1.感知系[Xi]統(Tong)。

主要包括門禁系統、人臉識别系統、紅外傳感系統、環境傳感[Gan]系[Xi]統、設備狀态傳感系統(如設備參數采集系統)和樣品狀态表示(Shi)系統。

2.信息[Xi]傳[Chuan]輸系統。

通過[Guo]無線傳輸技術(4G、5G、紅外線)和有線[Xian]網絡将(Jiang)物(Wu)聯網感知[Zhi]信息傳輸到各種計算機服務器。

3.信息[Xi]處(Chu)理系統。

通過大數據[Ju]、人(Ren)工智能、區塊鍊(Lian)、模拟技術等技術[Shu]，開發(Fa)了一個自學[Xue]和适應的處(Chu)理系統軟件，識别和判斷[Duan]通過互聯(Lian)網傳(Chuan)輸的物聯(Lian)網感知數據，然(Ran)後通過網(Wang)絡系統将處理控制信号傳輸到物(Wu)聯網[Wang]終端，控制終端進行[Hang]相應[Ying]的操(Cao)作。

4.執(Zhi)行系(Xi)統。

主要[Yao]是通過網絡[Luo]系統(Tong)将服[Fu]務器發出的控制信息傳遞給(Gei)各種需要運行的(De)設備，如室内壓力的新風閥或[Huo]排氣[Qi]閥、門禁[Jin]系統的開關、窗簾關[Guan]閉的(De)步進電機等。一[Yi]些感[Gan]知系[Xi]統和執行(Hang)系統集成在一(Yi)起。

03、智能實驗(Yan)室常用技術(Shu)。

1傳感器技術。

傳感器技術[Shu]是實現智能[Neng]實驗室的基礎，是确定實驗室[Shi]人員需(Xu)求、實驗室環(Huan)境參數、樣品位置和(He)方法是否正确的關鍵技術。例(Li)如，高溫傳(Chuan)感器、低溫傳感器、壓力傳感器[Qi]、速度傳感(Gan)器、照度傳感[Gan]器[Qi]、聲波傳感[Gan]器和[He]位移傳感器[Qi]。目前，傳感器類别[Bie]主要見圖2。

2.網絡和(He)計算機技術[Shu]。

網絡技術[Shu]主要解決數[Shu]據傳輸[Shu]問題，相當于人[Ren]類(Lei)神[Shen]經系統(Tong)。目(Mu)前，5G技術是典型[Xing]的無線網絡技術[Shu]。計算[Suan]機是處理各(Ge)種數據的(De)主角。随着量子計算機和生物計算機的發[Fa]展，計算速(Su)度更快、更準确。

3.智能化[Hua]與大數據技術[Shu]

智能化計算技術逐漸具有人的邏輯[Ji]思[Si]維能力，必将成為智能[Neng]化實驗室的[De]關健[Jian]技術；大數據(Ju)技術能及時收集實驗室相關人員(Yuan)、物品和環[Huan]境[Jing]信息，幫助數據積累[Lei]，為(Wei)智[Zhi]能化計算提供[Gong]基本數(Shu)據，如實驗室人員的偏[Pian]好、某[Mou]廠家(Jia)原材[Cai]料的特性等，能[Neng]為智能化實驗室提(Ti)供更加準[Zhun]确的信息。

4.自控和機器人技術(Shu)。

自控技術和機器人技術是術是終實(Shi)現[Xian]實驗室人員訴求的執(Zhi)行機構，例如在機器人的範圍内配送(Song)消耗品(Pin)移樣品、自動控制[Zhi]系統實現[Xian]實驗室(Shi)内空氣置換和溫濕度(Du)調節等。

04、建議建立[Li]智能實驗室。

1.完善智能實(Shi)驗室(Shi)标準體系。

制[Zhi]定标準、行業标準或團體标[Biao]準，明确智(Zhi)能實驗(Yan)室的(De)内涵和基本[Ben]功能，制定智(Zhi)能實(Shi)驗(Yan)室的基本框架(Jia)，明确數據格式[Shi]、智能設備和傳感器[Qi]接口标準。促進智能實驗室産[Chan]品開發、推廣和普及。

2.加強關鍵智能[Neng]傳感(Gan)器的開發。

智能傳感(Gan)器[Qi]是智能實驗室配件的關鍵技術。目前[Qian]，傳感器大多依賴進口。行業應在十四五期[Qi]間納入科研項目總[Zong]體規[Gui]劃，集中[Zhong]解決一批傳(Chuan)感器。

3.充分利(Li)用社區組織的力量。

各類(Lei)實驗室協會[Hui]、學會等社區組織是促進(Jin)實驗[Yan]室配件和[He]技術發展的重要力量[Liang]，各社區(Qu)組織應重視智能實驗室發展(Zhan)帶來的行業牽引和内[Nei]需動力，在某行業、地區[Qu]範圍(Wei)内深入調(Diao)查研究，提出智(Zhi)能實驗室發展需(Xu)求和建[Jian]議措施。例如[Ru]，制定團體标準等。

4.量力[Li]而行，避免一哄(Hong)而上。

效益是[Shi]實(Shi)驗室配件的終[Zhong]目的，各部[Bu]門在建設智能實驗[Yan]室[Shi]各單位應加[Jia]強論證，考慮投入和産出(Chu)效益。不要盲目追求[Qiu]所謂[Wei]的高水平[Ping]，而要量力而行，堅(Jian)決不允[Yun]許(Xu)趕時尚，擺花架。

智(Zhi)能化實[Shi]驗室是[Shi]未來發展的重要(Yao)方向，是(Shi)解放實驗室人員繁(Fan)重勞動的重要途[Tu]徑。要正确理解智(Zhi)慧的[De]深刻内涵，從層面把[Ba]握智慧實驗室(Shi)的發(Fa)展規[Gui]律，設[She]定智慧實驗的[De]發展目标。由高[Gao]度自動化、高風(Feng)險的實驗室配件設計(Ji)開[Kai]始試點，逐步探[Tan]索，掌握規律後在(Zai)行業或層面推廣(Guang)普及。