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什么是智慧实验室,怎样建设

什么是智慧实验室,怎样建设

  • 分类:新闻中心
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  • 来源:
  • 发布时间:2023-06-07
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【概要描述】智慧实验室是综合利用传感技术和控制技术以及互联网技术、大数据技术、人工智能技术、自动控制技术、机器人技术等先进技术和网络及计算机开发工具,构建的在一定程度上能够感知实验室人员心理、语言或行为的诉求,感知环境变化以及研究对象变化,并自动科学自主决策以实现实验室人员诉求的现代化实验室。

什么是智慧实验室,怎样建设

【概要描述】智慧实验室是综合利用传感技术和控制技术以及互联网技术、大数据技术、人工智能技术、自动控制技术、机器人技术等先进技术和网络及计算机开发工具,构建的在一定程度上能够感知实验室人员心理、语言或行为的诉求,感知环境变化以及研究对象变化,并自动科学自主决策以实现实验室人员诉求的现代化实验室。

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智慧实验室是综合利用传感技术和控制技术以及互联网技术、大数据技术、人工智能技术、自动控制技术、机器人技术等先进技术和网络及计算机开发工具,构建的在一定程度上能够感知实验室人员心理、语言或行为的诉求,感知环境变化以及研究对象变化,并自动科学自主决策以实现实验室人员诉求的现代化实验室。

 

一、智慧实验室应当具备以下特点

1、具备感知事物(包括实验室人员、环境、设备、样件等)状态的能力。例如具备测量环境信息温度传感器、压力传感器、湿度传感器;感知设备状态及样件状态的FRID信息或二维码的识别器;感知人员面部状态的高清识别器等等。

2、能够处理感知系统传来的数据及以往历史数据,通过一定算法能够把握实验室人员的心里、语言或行为诉求。

3、能够将代表实验室人员诉求、环境变化、研究对象的信息转变成控制信息,并控制相关系统(如步进电机、继电器、机器手、显示器等),自动实现实验人员的诉求或自动完成实验室任务。如张三在实验室中经常将实验室内工作温度调整到25℃,那么只要张三来实验室,实验室则会将通过网络将控制信号传递到温度控制系统,自动调整到25℃;又如,实验人员经过多次实验,得出一定规律,再次试验时,实验室系统自动给出实验参考方案等。

 

二、智慧实验室的构成

智慧实验室除具备一般实验室所必须的建筑物、设施设备外,还具备四类重要系统,即感知系统、信息传输系统、信息处理系统、执行系统。

智慧实验室构成原理

1、感知系统

主要包括门禁系统、人脸识别系统、红外感知系统(如红外跟踪系统)、环境传感系统(温度传感系统、湿度传感系统、压力传感器、光线传感器等)、设备状态感知系统(如设备参数采集系统)、样件状态表征系统。

2、信息传输系统

通过无线传输技术(4G、5G、红外)、有线网络等将物联网感知信息传输到各类计算机服务器。

3、信息处理系统

通过大数据、AI、区块链、仿真技术等先进技术编制具备自学习、自适应的处理系统软件,对通过互联网传递来的物联感知数据进行识别、判断,然后将处理控制信号通过网络系统传递到物联网的终端,控制终端进行相应操作。

4、执行系统

主要是将服务器发出的控制信息通过网络系统传递给各类需要动作的设备,如室内压力的新风阀门或排风阀门、门禁系统的开关、窗帘关(闭)的步进电机等。有的感知系统和执行系统集成为一体。

 

三、智慧实验室常用技术

1、先进传感器技术

先进传感器技术是实现智慧实验室的基础,是确定实验室人员诉求,确定实验室环境参数、样件位置及方法正确与否的关健技术。例如高温传感器、低温传感器、压力传感器、速度传感器、照度传感器、声波传感器、位移传感器。目前传感器类别主要见图2。

目前常用传感器类型

2、网络与计算机技术

网络技术主要解决数据传输的问题,相当于人的神经系统,目前有线网络和无线网络,5G技术就是最典型的无线网络技术。计算机是处理各类数据的主角,随着量子计算机、生物计算机的发展,计算速度更快,更精准。

3、智能和大数据技术

智能计算技术逐步具备人的逻辑思维能力,必将成为智慧实验室的关健技术;大数据技术可以及时收集实验室相关人员、物品和环境信息,有助于数据积累,为智能计算提供基础数据,如实验室人员的偏好,某厂家原材料的特点等,可以为智慧实验室提供更准确的信息。

4、自动控制与机器人技术

自动控制技术和机器人技术是最终实现实验室人员诉求的执行机构,如机器人一定范围内配送耗材、转移试样,自动控制系统实现实验室内空气的置换和温湿度的调节等。

 

四、构建智慧实验室建议

1、完善智慧实验室标准体系

制定国家标准、行业标准或团体标准,明确智慧实验室的内涵、应具备的基本功能,制定智慧实验室基本框架、明确数据格式、智能设备及传感器接口标准。提升智慧实验室的产品开发和推广与普及。

2、强化关键智能传感器开发

智能传感器是智慧实验室建设的关健技术,目前先进传感器大部分依赖进口,国家或行业应当在“十四五”期间,纳入国家科研项目总体规划之中,集中解决一批传感器。

3、充分利用社团组织力量

全国各类实验室协会、学会等社团组织是促进实验室建设和技术发展的重要力量,各社团组织应当重视智慧实验室发展产生的行业牵引和带来的内需动力,在所在行业、地区范围内,深入调查研究,提出智慧实验室发展需求和建议措施。例如制定团体标准等。

 

智慧实验室是未来发展的重要方向,是解放实验室人员繁重劳动的重要途径。我们必须正确理解智慧的深刻内涵,从国家层面把握智慧实验室发展规律,制定智慧实验发展的目标。从自动化程度高、危险性大实验室开始试点,逐步探索,掌握规律后在行业或国家层面推广普及。

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