實驗室配件之(zhī)明确(què)智能實驗室的内涵(hán)特征和建(jiàn)設構想

01、智能(néng)實驗室(shì)的基本内涵和特點。

智能實驗室(shì)的基本内涵。

智慧的(de)意思是聰明才智，是生命基于生理和心理器官的創造性思(sī)維能力，包括對自然和人文的感知、記憶、理解、分析、判斷、升華等(děng)所有能力。随着2008年IBM提出的智慧地球逐漸流行(háng)起來，智(zhì)慧城市、智慧社區、智慧工(gōng)廠、智慧家(jiā)居、智慧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(méi)有解釋智能實驗(yàn)室(shì)的内涵(hán)。IBM公司提出的智能地球有三個要素(sù)，即3I：物聯網、互聯網、智能化(huà)。本質上是指新一代IT、互聯網技術充分應用于各行各(gè)業，将傳感器嵌入并裝備到世界各地的醫院、電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建築、供水系統、大壩(bà)、油氣管道(dào)，通過互聯網形成物聯網；然後通過(guò)超級計算機和雲計算，人類可以更精細、更動态的工作和生活，從而在世界範圍内提高智能水平。

智能實驗室配件的特點。

首先，它具(jù)有感知事(shì)物(包括實驗室人員、環境、設備、樣品等)狀态(tài)的能力。)。例如，具有(yǒu)測量環境(jìng)信(xìn)息溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器；FRID信息或二維碼識别器，用于感知設備狀态和樣品狀态；高清識别器等(děng)。

第二，能夠處理感(gǎn)知系(xì)統傳遞的數據和過去的曆史(shǐ)數據，通過算法能夠掌握實驗室人員(yuán)的内心、語言或行為需求。

第三，可以将代表實驗室人員需求、環(huán)境變化、研究對象的信息轉化為控(kòng)制信(xìn)息，控制相關系統，自動滿足實驗室人員的需求或自動(dòng)完成實驗室任(rèn)務。如(rú)果張三經(jīng)常在實驗室将實驗室内工作溫度調整到25℃，那麼隻(zhī)要張三來實驗(yàn)室，實(shí)驗室就會通過網絡(luò)将控制信号(hào)傳(chuán)遞給溫控系統，自動(dòng)調整到25℃；另(lìng)外，實驗(yàn)室人員(yuán)經過多次實驗，得到(dào)規律，再(zài)次實驗時，實驗室(shì)系統會自動給(gěi)出實驗參考方案。

02、智能實驗室(shì)設計的組(zǔ)成。

智能化實驗(yàn)室除了(le)具備一般實驗室(shì)所需的建(jiàn)築、設施(shī)設備外，還具系統、信息(xī)傳輸系統、信息處理系統、執行系(xì)統四種(zhǒng)重要系統。

1.感知系統。

主要包括門禁系統、人臉識别(bié)系統、紅(hóng)外(wài)傳感系統、環境傳感(gǎn)系統、設備狀态(tài)傳感系統(如設(shè)備參數采(cǎi)集系統)和樣品狀态表示系統(tǒng)。

2.信息傳輸(shū)系統。

通過無線(xiàn)傳輸(shū)技術(4G、5G、紅(hóng)外線)和有線(xiàn)網絡将物聯網感知信息傳輸到各種計(jì)算機(jī)服務器(qì)。

3.信息處(chù)理系統。

通過大數據、人工智能、區塊鍊、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(hé)判斷通過互聯網傳輸的物聯網感知數據，然後通過網絡系統将處理控制信号傳輸到物(wù)聯網終端，控制終端進行相應的操(cāo)作。

4.執行系(xì)統。

主要是通過網絡(luò)系統将服務器發出的(de)控制信息傳遞給(gěi)各種需(xū)要運行的設(shè)備，如室内(nèi)壓力的新風閥或排氣閥、門禁系統的開關、窗(chuāng)簾關閉的(de)步進電機等。一些感知系統(tǒng)和執行系統集成在一起。

03、智能實驗室常用技術。

1傳(chuán)感器技術。

傳感器技(jì)術是實現智能實驗室的基礎，是确定實驗室人員需求、實驗室環(huán)境參數、樣品位置(zhì)和(hé)方法是否正确的關鍵技術。例如，高(gāo)溫傳(chuán)感器、低溫傳感(gǎn)器、壓力傳感器、速度傳感(gǎn)器、照度傳感器(qì)、聲波傳感(gǎn)器和位移傳感器。目前，傳感器類别主要見圖2。

2.網絡和計(jì)算機技術。

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

3.智能化與大數據技術(shù)

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

4.自控(kòng)和機器人技術。

自控技術和機器人(rén)技術是術是終實現(xiàn)實驗室人員訴求的執行機構，例(lì)如在機器人的範(fàn)圍内配送消耗(hào)品(pǐn)移樣品、自動(dòng)控制系統(tǒng)實現實驗室内空氣置換和溫濕度調節等。

04、建議建立智(zhì)能實驗室。

1.完善智能實驗室(shì)标準(zhǔn)體系。

制定标準、行業(yè)标準或團體标準，明确智能實驗室的内涵和基本(běn)功能，制定智能實驗室的(de)基本框架，明确數據格式、智(zhì)能設備和傳感器接口标準(zhǔn)。促進智能實驗室(shì)産(chǎn)品開發、推廣和普及。

2.加強關鍵智能傳感器(qì)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，傳感器大多依賴進口。行業應在(zài)十四五(wǔ)期間納入(rù)科研項目總體規(guī)劃，集中解決一批傳(chuán)感器。

3.充分利用社區(qū)組織的力量。

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

4.量力而行，避免一哄(hǒng)而上。

效益是實驗室(shì)配件的終目的，各部門在建設(shè)智能實驗室各單位應加強論證，考慮投入和産出(chū)效益。不要盲目追求所謂的高水平，而要量力而行，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，是解放實驗室人員繁(fán)重勞動的重要途徑(jìng)。要(yào)正确理解智慧的深刻内涵，從層面把握智慧實驗室的發展規律，設定智(zhì)慧實驗的(de)發展目标。由高(gāo)度自動化、高風險的(de)實驗室配件設計開(kāi)始試點，逐步探索，掌(zhǎng)握規律後在行業或層面推廣普及。