【ZiDongHua 之創(chuàng)新自化成收錄關(guān)鍵詞：智慧實驗室 機器人 人工智能 傳感器 】
　　
　　從自動化到智慧實驗室：機器人+AI加速科學研究
　　
　　機器人+人工智能正在加速產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展
 
　　
　　2024年，科技領(lǐng)域的重磅進展，引發(fā)各界廣泛關(guān)注。不論是使機器人能夠在復雜環(huán)境中自主感知、決策和行動的具身智能（Embodied AI）強勢崛起成為主流，還是諾貝爾物理及化學獎都頒發(fā)給了AI這一爆炸新聞，都標志著人工智能正成為科技革命與各領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動力。今年的世界機器人大會上，169家企業(yè)集中展示出600余件圍繞人工智能與機器人的創(chuàng)新產(chǎn)品，正如國際機器人聯(lián)合會主席Marina Bill提到：“我們需要充分使用想象力來想象未來的世界。”
　　
　　實驗室自動化：生命科學及理化實驗室的轉(zhuǎn)型動力
　　
　　過去，科學研究依賴于人工，科研人員需要扎實的專業(yè)知識和長期實踐才能勝任復雜實驗。科學家們困擾于大量時間花費在實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)分析和反復實驗上。近年來，生命科學和理化實驗室逐漸與人工智能和機器人技術(shù)接軌，國家政策的支持激發(fā)了行業(yè)對實驗室智能化的需求，推動傳統(tǒng)實驗室向智能化、自動化的智慧實驗室轉(zhuǎn)型。
　　
　　轉(zhuǎn)型實驗室自動化的主要動力來源于兩個方面：首先，通過自動化設(shè)備替代繁瑣且重復的人工操作，機器人系統(tǒng)可以連續(xù)進行實驗而不會感到疲勞，從而大大加快了研究速度；其次，出于對數(shù)據(jù)完整性的需求，自動化設(shè)備能減少人為因素引起的差異或錯誤，確保數(shù)據(jù)的溯源和重現(xiàn)性。最后，機器人不僅能比人類更精確地執(zhí)行實驗步驟，還能有效減少人類接觸有害化學物質(zhì)，提升實驗的安全性。
　　
　　舉個例子，在合成生物微生物研究中，菌落篩選是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。研究人員通常需要進行大量實驗和篩選以優(yōu)化菌株或合成路徑，因此高效的菌落篩選方法能夠顯著提升研究效率和準確性。采用自動化技術(shù)進行菌落篩選，能夠加速這一過程并提高結(jié)果的可靠性。
　　
　　匯像科技的智能微生物菌落挑選系統(tǒng)通過先進的圖像識別技術(shù)和機器人控制技術(shù)，實現(xiàn)高通量挑菌自動化。這一系統(tǒng)實時拍攝并識別培養(yǎng)皿中的菌落，自動分類，并將所有菌落圖像作為元數(shù)據(jù)保存，減少人工干預，確保數(shù)據(jù)完整性，減輕科研人員的負擔，為微生物研究提供了有力支持。
 
　　
　　“海黛蘭”智能微生物菌落挑選工作站
　　
　　機器人 自動化實驗的執(zhí)行者
　　
　　自動化實驗室的落地，機器人是最重要的執(zhí)行者。在實驗室里，機器人的應用場景與工業(yè)應用相比更加開放柔性，面對復雜變化的實驗操作流程與耗材流轉(zhuǎn)，如何更加柔性的執(zhí)行實驗流程、調(diào)度各種實驗精密儀器設(shè)備，對實驗室用機器人提出了更高要求。
　　
　　首先，實驗室機器人必須要安全，能實現(xiàn)多級碰撞檢測和傳感器安全監(jiān)測，避免人員誤觸；其次，更加便捷易用，能選擇拖拽示教、坐標定位、路徑規(guī)劃等多種方式通過直觀的圖形化界面進行操作；最后，更加開放，儀器設(shè)備的樞紐中心，與各種精密檢測儀器、實驗室LIMS系統(tǒng)等操作系統(tǒng)都能夠進行相關(guān)的連接與操控，并能通過手機、平板、PC多種用戶終端輕松實現(xiàn)機器人操控。
　　
　　匯像科技"智靈者"機器人Helen X系列，專為實驗室應用場景設(shè)計研發(fā)，滿足上述所有要求。從固定式五軸到移動式七軸AGV機器人，HelenX基于實驗室“抓拿——運送——放置——跑樣”等常規(guī)協(xié)作動作，從關(guān)節(jié)端蓋、夾爪、軟件等著手設(shè)計，旨在提供高度適配實驗室需求的協(xié)作機器人，解決實驗室空間小、動作復雜、協(xié)作靈活等需求，基本涵蓋了化學、分析、檢測和生物研究等實驗室不同應用場景。
　　
　　“智靈者”實驗室協(xié)作機器人HelenX系列
　　
　　專為實驗室場景量身定制
　　
　　HelenX-5
　　
　　HelenX-MR7
　　
　　HelenX-R6
　　
　　高空間利用率的安全協(xié)作：內(nèi)旋式關(guān)節(jié)設(shè)計，多靈敏度模式的碰撞感應
　　
　　即用即啟的夾爪智庫：多類型實驗耗材適用，硬件抓手包＋軟件程序包；細如發(fā)絲的定位精度：定位誤差小于0.05mm
　　
　　細如發(fā)絲的定位精度：定位誤差小0.05mm；樣品缺失感應與報錯：夾爪力矩感應與樣品編號掃碼雙重驗證
　　
　　高效的匯像機器人示教系統(tǒng)：“看得見摸得著”的現(xiàn)場實施；豐富的拓展型功能：語音交互，視覺系統(tǒng)
　　
　　AI 智慧大腦 賦予實驗智能進化
　　
　　過去幾十年，AI的發(fā)展可分為三個階段：信息時代、生成式人工智能時代和具身智能時代。在信息時代，決策和執(zhí)行主要依賴人類；有了模型以后，模型可以輔助做一些判斷和決策，但尚未達到科研思維自動化的水平，仍需人工參與。而下一代的AI浪潮“具身智能”（Embodied AI）代表了一種全新范式，能夠理解、推理并與物理世界互動。
　　
　　匯像科技“iMagicOS”實驗室智慧操作系統(tǒng)
　　
　　實驗室AI智慧大腦
　　
　　匯像科技研發(fā)的iMagicOS實驗室智慧操作系統(tǒng)作為實驗室的“智慧大腦”，采用中央集成控制臺和友好的用戶界面，具備高效的調(diào)度、監(jiān)控、追蹤和管理功能。其核心AI算法引擎能自動解析設(shè)備、方法和參數(shù)，生成實驗任務(wù)流程圖，并根據(jù)設(shè)備狀態(tài)狀態(tài)動態(tài)任務(wù)排程，實現(xiàn)全實驗室的儀器設(shè)備鏈接，儀器設(shè)備數(shù)據(jù)自動采集與解析分析。
　　
　　整個系統(tǒng)可靈活快速應用于生命科學、臨床診斷、化學檢測等各類實驗場景，以及其他軟硬件設(shè)備的管理和控制場景，為多領(lǐng)域不同客戶提供端到端站式、一體化的平臺服務(wù)體驗，助力智慧實驗室建設(shè)。
　　
　　機器人+AI 加速科學研究進步
　　
　　機器人與儀器設(shè)備結(jié)合，就實現(xiàn)了實驗室自動化；
　　
　　與多臺儀器設(shè)備、智慧中控軟件結(jié)合，實驗室開始向智能化的方向發(fā)展；
　　
　　與儀器設(shè)備、智慧中控軟件、AI大數(shù)據(jù)平臺結(jié)合，智慧實驗室由此誕生。可以進行類似靶點發(fā)現(xiàn)、個性化醫(yī)療、化學合成等科學研究。
　　
　　機器人與AI的協(xié)同進化下，更具想象空間……
　　
　　通過AI算法的應用，機器人具備更強的自主學習能力，它們能夠通過與環(huán)境的互動不斷優(yōu)化自己的行為，推理和做出決策，從而在動態(tài)環(huán)境中自主運作。例如，運用機器深度學習技術(shù)，機器人可以通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果實時優(yōu)化實驗操作流程，輔助科研人員提升實驗效率。將生成式AI嵌入機器人，科學家只需要使用描述性語言撰寫實驗SOP流程，或者直接從論文提取，AI會幫助完成實驗流程的設(shè)計和反饋建議，并指揮機器人自主執(zhí)行。
　　
　　在生命科學領(lǐng)域，機器人+AI能夠按照程序設(shè)計，高效、自動地完成細胞培養(yǎng)、基因測序、蛋白質(zhì)分析等復雜實驗任務(wù)。在藥物發(fā)現(xiàn)實驗中，機器人通過與AI平臺的結(jié)合，可以自行構(gòu)建靶點、發(fā)現(xiàn)靶點、構(gòu)建實驗，再根據(jù)實驗結(jié)果，進行自我學習與訓練、自我迭代，最終形成“Design-Build-Test-Learn”的閉環(huán)過程。
　　
　?。―ifferent levels of laboratory automation）
　　
　　機器人+AI正在為科學研究發(fā)揮更大價值。未來，科學家可以通過手機遠程下達指令，智能機器人將自動執(zhí)行如樣品運輸、前處理、分析檢測及數(shù)據(jù)處理等操作，由AI驅(qū)動下的中央控制系統(tǒng)能夠智能評估最佳資源配置，分析實驗結(jié)果，并自主決策設(shè)計后續(xù)實驗計劃，將實驗流程無縫銜接整合，優(yōu)化實驗資源分配，實現(xiàn)真正的“無人值守”智慧實驗室。
　　
　　文獻參考：
　　
　　[1]黃麗玲,孔玉瓊,馬恒元.藥品質(zhì)量控制實驗室的智能化轉(zhuǎn)型:挑戰(zhàn)與未來趨勢[J].藥學學報,2024,59(10):2723-2729.DOI:10.16438/j.0513-4870.2024-0551.
　　
　　[2]Harazono Y ,Shimono H ,Hata K , et al.Evaluation of Microplate Handling Accuracy for Applying Robotic Arms in Laboratory Automation.[J].SLAS technology,2024,100200.
　　
　　[3]紀梵天.匯像科技：機器人科學家工作在“黑燈工廠”[J].機器人產(chǎn)業(yè),2024,(04):75-78.DOI:10.19609/j.cnki.cn10-1324/tp.2024.04.014.