【ZiDongHua 之創(chuàng)新自化成收錄關(guān)鍵詞：智慧實(shí)驗(yàn)室 機(jī)器人 人工智能 傳感器 】
　　
　　從自動(dòng)化到智慧實(shí)驗(yàn)室：機(jī)器人+AI加速科學(xué)研究
　　
　　機(jī)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(jìn)展，引發(fā)各界廣泛關(guān)注。不論是使機(jī)器人能夠在復(fù)雜環(huán)境中自主感知、決策和行動(dòng)的具身智能（Embodied AI）強(qiáng)勢(shì)崛起成為主流，還是諾貝爾物理及化學(xué)獎(jiǎng)都頒發(fā)給了AI這一爆炸新聞，都標(biāo)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(dòng)力。今年的世界機(jī)器人大會(huì)上，169家企業(yè)集中展示出600余件圍繞人工智能與機(jī)器人的創(chuàng)新產(chǎn)品，正如國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)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(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化：生命科學(xué)及理化實(shí)驗(yàn)室的轉(zhuǎn)型動(dòng)力
　　
　　過去，科學(xué)研究依賴于人工，科研人員需要扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和長(zhǎng)期實(shí)踐才能勝任復(fù)雜實(shí)驗(yàn)?？茖W(xué)家們困擾于大量時(shí)間花費(fèi)在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析和反復(fù)實(shí)驗(yàn)上。近年來，生命科學(xué)和理化實(shí)驗(yàn)室逐漸與人工智能和機(jī)器人技術(shù)接軌，國(guó)家政策的支持激發(fā)了行業(yè)對(duì)實(shí)驗(yàn)室智能化的需求，推動(dòng)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室向智能化、自動(dòng)化的智慧實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)型。
　　
　　轉(zhuǎn)型實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的主要?jiǎng)恿碓从趦蓚€(gè)方面：首先，通過自動(dòng)化設(shè)備替代繁瑣且重復(fù)的人工操作，機(jī)器人系統(tǒng)可以連續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)而不會(huì)感到疲勞，從而大大加快了研究速度；其次，出于對(duì)數(shù)據(jù)完整性的需求，自動(dòng)化設(shè)備能減少人為因素引起的差異或錯(cuò)誤，確保數(shù)據(jù)的溯源和重現(xiàn)性。最后，機(jī)器人不僅能比人類更精確地執(zhí)行實(shí)驗(yàn)步驟，還能有效減少人類接觸有害化學(xué)物質(zhì)，提升實(shí)驗(yàn)的安全性。
　　
　　舉個(gè)例子，在合成生物微生物研究中，菌落篩選是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。研究人員通常需要進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)確性。采用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)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(jìn)的圖像識(shí)別技術(shù)和機(jī)器人控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高通量挑菌自動(dòng)化。這一系統(tǒng)實(shí)時(shí)拍攝并識(shí)別培養(yǎng)皿中的菌落，自動(dòng)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(yù)，確保數(shù)據(jù)完整性，減輕科研人員的負(fù)擔(dān)，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(jī)器人 自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)的執(zhí)行者
　　
　　自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的落地，機(jī)器人是最重要的執(zhí)行者。在實(shí)驗(yàn)室里，機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景與工業(yè)應(yīng)用相比更加開放柔性，面對(duì)復(fù)雜變化的實(shí)驗(yàn)操作流程與耗材流轉(zhuǎn)，如何更加柔性的執(zhí)行實(shí)驗(yàn)流程、調(diào)度各種實(shí)驗(yàn)精密儀器設(shè)備，對(duì)實(shí)驗(yàn)室用機(jī)器人提出了更高要求。
　　
　　首先，實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人必須要安全，能實(shí)現(xiàn)多級(jí)碰撞檢測(cè)和傳感器安全監(jiān)測(cè)，避免人員誤觸；其次，更加便捷易用，能選擇拖拽示教、坐標(biāo)定位、路徑規(guī)劃等多種方式通過直觀的圖形化界面進(jìn)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(cè)儀器、實(shí)驗(yàn)室LIMS系統(tǒng)等操作系統(tǒng)都能夠進(jìn)行相關(guān)的連接與操控，并能通過手機(jī)、平板、PC多種用戶終端輕松實(shí)現(xiàn)機(jī)器人操控。
　　
　　匯像科技"智靈者"機(jī)器人Helen X系列，專為實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)研發(fā)，滿足上述所有要求。從固定式五軸到移動(dòng)式七軸AGV機(jī)器人，HelenX基于實(shí)驗(yàn)室“抓拿——運(yùn)送——放置——跑樣”等常規(guī)協(xié)作動(dòng)作，從關(guān)節(jié)端蓋、夾爪、軟件等著手設(shè)計(jì)，旨在提供高度適配實(shí)驗(yàn)室需求的協(xié)作機(jī)器人，解決實(shí)驗(yàn)室空間小、動(dòng)作復(fù)雜、協(xié)作靈活等需求，基本涵蓋了化學(xué)、分析、檢測(cè)和生物研究等實(shí)驗(yàn)室不同應(yīng)用場(chǎng)景。
　　
　　“智靈者”實(shí)驗(yàn)室協(xié)作機(jī)器人HelenX系列
　　
　　專為實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)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(jì)，多靈敏度模式的碰撞感應(yīng)
　　
　　即用即啟的夾爪智庫：多類型實(shí)驗(yàn)耗材適用，硬件抓手包＋軟件程序包；細(xì)如發(fā)絲的定位精度：定位誤差小于0.05mm
　　
　　細(xì)如發(fā)絲的定位精度：定位誤差小0.05mm；樣品缺失感應(yīng)與報(bào)錯(cuò)：夾爪力矩感應(yīng)與樣品編號(hào)掃碼雙重驗(yàn)證
　　
　　高效的匯像機(jī)器人示教系統(tǒng)：“看得見摸得著”的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(shí)驗(yàn)智能進(jìn)化
　　
　　過去幾十年，AI的發(fā)展可分為三個(gè)階段：信息時(shí)代、生成式人工智能時(shí)代和具身智能時(shí)代。在信息時(shí)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(dá)到科研思維自動(dòng)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(dòng)。
　　
　　匯像科技“iMagicOS”實(shí)驗(yàn)室智慧操作系統(tǒng)
　　
　　實(shí)驗(yàn)室AI智慧大腦
　　
　　匯像科技研發(fā)的iMagicOS實(shí)驗(yàn)室智慧操作系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)室的“智慧大腦”，采用中央集成控制臺(tái)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(dòng)解析設(shè)備、方法和參數(shù)，生成實(shí)驗(yàn)任務(wù)流程圖，并根據(jù)設(shè)備狀態(tài)狀態(tài)動(dòng)態(tài)任務(wù)排程，實(shí)現(xiàn)全實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備鏈接，儀器設(shè)備數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與解析分析。
　　
　　整個(gè)系統(tǒng)可靈活快速應(yīng)用于生命科學(xué)、臨床診斷、化學(xué)檢測(cè)等各類實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，以及其他軟硬件設(shè)備的管理和控制場(chǎng)景，為多領(lǐng)域不同客戶提供端到端站式、一體化的平臺(tái)服務(wù)體驗(yàn)，助力智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。
　　
　　機(jī)器人+AI 加速科學(xué)研究進(jìn)步
　　
　　機(jī)器人與儀器設(shè)備結(jié)合，就實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化；
　　
　　與多臺(tái)儀器設(shè)備、智慧中控軟件結(jié)合，實(shí)驗(yàn)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(tái)結(jié)合，智慧實(shí)驗(yàn)室由此誕生?？梢赃M(jìn)行類似靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、個(gè)性化醫(yī)療、化學(xué)合成等科學(xué)研究。
　　
　　機(jī)器人與AI的協(xié)同進(jìn)化下，更具想象空間……
　　
　　通過AI算法的應(yīng)用，機(jī)器人具備更強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力，它們能夠通過與環(huán)境的互動(dòng)不斷優(yōu)化自己的行為，推理和做出決策，從而在動(dòng)態(tài)環(huán)境中自主運(yùn)作。例如，運(yùn)用機(jī)器深度學(xué)習(xí)技術(shù)，機(jī)器人可以通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果實(shí)時(shí)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)操作流程，輔助科研人員提升實(shí)驗(yàn)效率。將生成式AI嵌入機(jī)器人，科學(xué)家只需要使用描述性語言撰寫實(shí)驗(yàn)SOP流程，或者直接從論文提取，AI會(huì)幫助完成實(shí)驗(yàn)流程的設(shè)計(jì)和反饋建議，并指揮機(jī)器人自主執(zhí)行。
　　
　　在生命科學(xué)領(lǐng)域，機(jī)器人+AI能夠按照程序設(shè)計(jì)，高效、自動(dòng)地完成細(xì)胞培養(yǎng)、基因測(cè)序、蛋白質(zhì)分析等復(fù)雜實(shí)驗(yàn)任務(wù)。在藥物發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中，機(jī)器人通過與AI平臺(tái)的結(jié)合，可以自行構(gòu)建靶點(diǎn)、發(fā)現(xiàn)靶點(diǎn)、構(gòu)建實(shí)驗(yàn)，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行自我學(xué)習(xí)與訓(xùn)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(jī)器人+AI正在為科學(xué)研究發(fā)揮更大價(jià)值。未來，科學(xué)家可以通過手機(jī)遠(yuǎn)程下達(dá)指令，智能機(jī)器人將自動(dòng)執(zhí)行如樣品運(yùn)輸、前處理、分析檢測(cè)及數(shù)據(jù)處理等操作，由AI驅(qū)動(dòng)下的中央控制系統(tǒng)能夠智能評(píng)估最佳資源配置，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并自主決策設(shè)計(jì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，將實(shí)驗(yàn)流程無縫銜接整合，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)資源分配，實(shí)現(xiàn)真正的“無人值守”智慧實(shí)驗(yàn)室。
　　
　　文獻(xiàn)參考：
　　
　　[1]黃麗玲,孔玉瓊,馬恒元.藥品質(zhì)量控制實(shí)驗(yàn)室的智能化轉(zhuǎn)型:挑戰(zhàn)與未來趨勢(shì)[J].藥學(xué)學(xué)報(bào),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(jì)梵天.匯像科技：機(jī)器人科學(xué)家工作在“黑燈工廠”[J].機(jī)器人產(chǎn)業(yè),2024,(04):75-78.DOI:10.19609/j.cnki.cn10-1324/tp.2024.04.014.