未来展望

前段时间，读了一篇关于chatGPT出圈预言未来科学仪器行业的发展趋势是怎样的相关内容文章。不由的联想到我们李晓鸥总经理曾在2016年中国科学仪器发展年会上写过的一篇“未来科学仪器的展望”文章，里面提到了人工智能（AI）技术对科学仪器领域的影响，小编感觉李总文章中的设想正在一步步走向现实。。。未来科学仪器的展望 文/李晓鸥 在接到仪器网邀请，请我写一些关于科学仪器发展年会十年来的感想时，我还沉浸在刚刚过去的Alpha Go和李世石的人机大战的结果中。这场比赛对我本人产生了巨大的震撼。虽然十几年前有过Deep Blue对弈的国际象棋的比赛，但是这次的比赛不可同日而语。由于国际象棋的变化比较少，据说有10的21次方的总的变化数，而围棋变化有人计算为10的172次方，比宇宙之间原子的总数还要多。Deep Blue仅仅依靠电脑的计算能力，使用穷举的算法配合简单的人工智能就可以战胜人类，而面对围棋，即使是再强大的电脑也无法办到。所以，它必须 “像”人一样地思考。人的所谓的思考之所以特殊和艰难，是包括有比如直觉、灵感、大势判断，大局和局部损失的取舍，举一反三的学习能力，细节次序等。这次Alpha Go在比赛中，证明了自己在这些特质 上，具有超乎人类的优越表现。同时也证明了人类所有的这些特质，这些比较 “虚”的能力，也是可以量化和算法化的。人类中出现天才完全是随机产生的，不可控的，但是天才竟然也可以通过量化和算法化而打造出来吗？在Deep Mind使用的算法中，最重要的一支是神经网络 (Neural network)领域。记得，我是1988年在美国读研究生时学过这门课的。当时课堂的形式是讨论式的，老师拿出自己发表的论文，供大家讨论，没有布置过编程类的实际项目，当时这个领域还是比较幼稚，没有展现出实用性的一面。这些年的发展突飞猛进。回来说，人工智能对科学仪器界今后会产生什么影响？我感觉大到没有边界。咱们不妨随便设想几种可能性，比如工厂生产的质检，是否可以被人工智能替代？实验室的一般检测是否会被替代？是否有人工智能替代应用开发？就拿应用开发来说，人工智能自己学习测量铅元素，掌握全部的前处理技术，把全部当前元素测量的方法都录入存放，可以检索，通过测试不同样品，举一反三地学习，同时自己可以查找相应的方法，逐步成为一个优秀的应用“人员”。这种“人员”的人工智能水平要求有多高? 我感觉计算变化可能有10的20次方就到头了吧？这个水平和目前 Alpha Go的水平如何比较？据说在本次比赛的第四局中，白棋(Alpha Go)在黑棋第76步后的计算就超过了10的40次方。不仅仅局限在以上的使用可能，再让我们设想几种可能性，假如2个这种人工智能“人员”，通过互联网大数据的相互并行通信，它们说了什么，干了什么，学了什么，人类怎么知道？如何管理？还有，今后设计一款新的仪器人工智能可以干吗？ 回到现实中来，这十年来， 中国的科学仪器事业发生了很多的变化，十年前和今天的行业风景线是完全不同了。这10年来，行业基本以两位数字增长大批优秀的企业茁壮成长。技术上的成 长我仅举一个例子就够了，10年前没有国产的质谱仪，今天，不仅仅有国产GCMS、还有国产LCMS、ICPMS、便 携式的GCMS、在线质谱、生物质谱等。具备相应质谱开发能力的厂商约有 10个左右。这些年来，国产仪器厂商和国际接轨，走国际化的道路，走出了一条新的发展思路。很多厂商上市，打通了资本融资的渠道，可喜可贺。在此，感谢仪器信息网以及仪器仪表学会、协会、首都科技平台等相关单位定期举办科学仪器年会。特别值得提出的是，仪器信息网开展的“国产好仪器”活动，对推动国产仪器的发展起到了积极正面的作用。展望未来，我感到人工智能的发展会对我们行业的发展产生巨大的变革，今后的仪器会是什么样子哪？是不是会是一个带有质谱、光谱，或者色谱能力的人工智能分析机器人哪？至少在今后的10年，常规检测机器人替代人工是完全可能的。面对这样一个形势，我们的行业该如何应对哪？至少，我认为应该跳出国产仪器这个圈子考虑问题，甚至跳出仪器行业这个圈子，在科学技术发展的主流上去思考。最后，衷心祝愿科学仪器年会10岁生日快乐！让我们一同前行，期待下一个10年的来临。* 2016年发表在中国科学仪器发展年会10周年纪念特刊

中科院金属所卢柯研究员为《科学》撰文展望“金属的未来” 　　应美国《科学》(Science)杂志邀请，中科院金属研究所材料发展战略研究中心主任卢柯研究员撰写了展望性文章——《金属的未来》，该文章已于4月16日在《科学》上发表。 　　文章基于该中心近期的战略研究工作成果，就金属材料性能特征及其未来应用的发展趋势进行了讨论和展望。文章指出，由于比强度和比刚度较低，金属在工程材料中所占的份额日益减少，在重量作为主要考虑因素的应用领域(如航空及运动器材等)，金属逐步被其他材料所替代。但由于金属材料自身所具有的一些独特性质，如高强度、高断裂韧性、性能各向一致性、失效强度可预测性、独特的电磁学性能、在中高温度范围内良好的综合力学性能，以及可回收性等，金属在很多工业领域，尤其是高可靠性和高持久性要求的应用领域仍是不可替代的材料。 　　文章还指出，现代技术不仅依赖于金属的这些优异特性，还亟需开发性能更高的金属材料。开发出新的强化方法，提高金属的强度而不损失其它性能是金属材料研究应努力的方向 多尺度多级结构可能是优化金属整体性能的一个重要途径 金属也可以与其它材料形成复合结构，通过独特的强化或多级组装等方式将金属与其它材料组装，可以得到最优的强度和韧性。各类不同材料也可能通过这种方式相互补充，性能得到提升。 　　金属研究所近年来持续开展深入系统的材料发展战略研究，为材料研究提供决策咨询。2009年，金属所成立了材料发展战略研究中心，主要通过调研国内外社会发展对材料研究的需求、材料学科本身取得的进展和孕育的新突破、其它学科发展对材料科学的推动和影响等，进行材料学科战略规划研究。在中国科学院和国家自然科学基金委相关规划研究课题的支持下，该中心的规划研究已经取得显著成绩。

仪器信息网讯 2014年11月25日-26日，由中国仪器仪表学会分析仪器分会、中国仪器仪表行业协会分析仪器分会联合主办的&ldquo 第七届中国在线分析仪器应用及发展国际论坛暨展览会(简称 CIOAE 2014)&rdquo 在国家会议中心举行。仪器信息网作为战略支持媒体参加了此次会议。 　　在本次会议的大会报告上，哈希公司程立做了《在线水质分析仪器发展现状及未来展望》的报告。 哈希公司程立 　　发展现状 　　在市场研究公司Research and Markets 2013年发布的《2018年中国水质分析仪器市场展望与机遇》报告中，提到中国是全球最大的水质分析仪器市场之一，并已成为亚太地区的主导者。预计未来5年内，中国水质分析仪器市场增长速度惊人，2018年该市场将超过5.5亿美元。 　　如此巨大的市场一方面来自于严格的政策法规。我国目前已将发展在线监测作为政府控制水污染和保障水安全的重要技术路线，国控和地方控制的污染源排放口自动监测以及分布在各地的江河湖泊的水质自动监测站，提供了大量的水质分析仪器应用机会。 　　另一方面，中国作为一个制造大国，拥有全世界最为齐全的工业门类，工业的发展也促使着对于在线水质分析仪器的需求。目前无论是火电、石化、煤化工等传统的高耗水行业 还是在电子、医药等一些对于水质要求极为严格的新兴行业，都为在线水质分析仪器带来了普遍的应用机会。 　　程立表示根据应用目的的不同，在线水质分析仪器可以分为监测型和过程型两类。其中监测型主要用于单纯的水质监测，以判断水质是否达到法规的要求，以及环境水质和饮用水质的预警，不参与水处理工艺过程控制。它监测的水质参数主要是COD、氨氮、总磷、总氮和重金属等。而且对于数据的准确度要求更高，数据可以作为有关部门执法管理的衣服。 　　而过程型在线水质监测仪器主要用于水处理工艺或者用水过程中的水质监测，所测量的水质参数参与过程控制，以实现优化水处理工艺，提升水处理效率的目的。同时，在保证水质达标的前提下，实现水处理过程节能降耗的目的。同时根据不同的水处理工艺需要监测的水质参数各不相同，总计可以超过数十种水质参数。过程型在线水质监测仪对于仪器的可靠性和稳定性要求更高，它要求仪器能够可靠的反映水质变化趋势，为水处理过程控制提供依据。另外，对过程型分析仪器响应时间的要求也明显高于监测型仪器。 　　目前，在我国过程型在线水质分析仪在的典型应用有：石油化工行业，在线TOC分析仪已经成为凝结水回用所采用的标准配置 在自来水行业，采用氯及氯胺工艺的水厂采用在线消毒剂分析仪，如余氯、氯胺分析仪，从而实现节省水处理化学品，降低运行费用。制药工业，在线TOC分析仪的使用也成为了制药用水有机杂质监测和控制的重要手段 在市政污水处理行业及水产养殖行业，溶解氧的在线监测降低了能耗和运行费用，同时保证了水质的达标 目前营养盐在线分析仪器也逐步开始应用，以帮助污水处理厂实现除磷脱氯工艺的优化控制，提升污水排放标准 另外还有在线硬度、在线钠离子分析仪用于优化锅炉的进水处理工艺等。 　　程立表示，中国在线水质分析仪器市场发展迅速，政府的巨大投入使得监测型在线水质分析仪器得到了快速的发展。过程型在线水质分析仪器开始大量采用，为水工业的产业升级、水处理工艺优化控制、降低能耗提供技术支撑。但目前也存在不少问题，如：在线水质分析仪目前主要采用传统分析原理，新测量原理应用较少，监测型仪器所获得的数据是各自独立的，关联性不强 基础水质数据库的建立刚刚起步，数据的后处理和分析缺失，使得数据的价值没有得到充分体现，无法为水环境预测预警提供支持。单纯的依靠监测型分析技术，对数据造假缺乏更有效的手段，在线水质分析仪器的价值没有得到充分的体现。 　　未来展望 　　新测量原理、新材料、新算法等的出现也推动者水质分析仪器的发展。如新的测量原理：LIBS(激光诱导击穿光谱)、HMA(混合多光谱分析)、MWDXRF(单波长色散X射线荧光分析)，生物技术等逐渐被在线水质分析仪器采用，因而将出现更多能够实现在线分析的水质参数。 　　石墨烯、纳米材料、生物芯片等新材料也为新测量原理在线水质分析仪器的应用提供了物质支撑。化学计量学将会在水质分析中得到越来越多的应用 各种新算法及水质模型的出现，也将提升各种新型在线水质分析仪器的功能及完善数据后处理，提供更多的有价值的水质信息和数据。 　　对于水质分析仪器未来的发展，程立表示主要有：智能化将成为在线水质分析仪控制器的主流，将具有网络功能，具有更多人机互动方式，如手势、语音控制 通过云计算可实现仪器间数据共享和数据再处理。 　　其传感器将主要朝小型化、低成本化发展，将可实现数据直接传输，更多的水质参数可以实现在线监测。软件方面，除了仪器本身的控制软件和数据分析软件，各种通讯、数据分析及处理的应用软件出现，水质识别软件将成为现实。 　　此外，在线水质分析仪器将具有自学习和自我管理、自适应功能，能够根据环境和操作者的变化，以及仪器自身状态做出主动调整或预警 仪器能够记录和提醒各种使用维护信息，引导仪器使用人员做好仪器主动维护、备品备件管理以及仪器使用寿命预测等工作，提高工作效率。 　　程立介绍说，不仅是仪器硬件和分析技术，软件和数据处理技术也将是在线水质分析仪器的重要组成部分。随着，大数据技术和云计算的出现，将改变以前分布在不同部门、不同个体的数据管理和信息的使用方式 来自于在线水质分析仪器的大量数据可以迅速得到处理和分析，建立区域或流域水质基线，建立目标地区的水质基础数据库 构建以水质预测以及安全预警为目的的算法和数学模型，指导政府水务管理和人们的用水行为。 　　未来，我们是否可以在目前基于数学模型算法的创新技术基础上，利用大数据云计算的方式，进行例如流域等大区域的水质综合预测预警，都是值得期待的。 　　此外，程立特别介绍了移动水质分析技术。移动水质分析设备包括便携式分析仪器和预制试剂。移动分析作为一种&ldquo 非连续实时分析技术&rdquo ，在未来将成为传统在线水质分析技术的补充和发展。 　　程立介绍说，在仪器小型化的基础上，移动水质分析设备还会增加无线通讯以及GPS等功能，各种数据处理分析及传输的APP会大量出现，为大数据处理中心提供更多的数据信息。现有的移动终端会增加水质分析功能，实现移动水质分析技术的民用化。 　　移动互联网的普及和云计算的出现，使得移动水质分析的数据共享成为现实 在适当的移动载体支持下，可以获得区域范围内大量的实时水质数据 移动分析可以比传统固定式在线分析提供成本更低、覆盖范围更广、信息量更大的数据。由于大数据和云计算的出现，能够由非专业分析人员提供非传统意义的水质相关数据，对水质综合评估会变得越来越有价值。 　　最后，程立表示：&ldquo 未来，包括移动分析在内的在线水质分析仪器具有广泛的应用前景，在智慧水务、智能水工厂、智慧农业以及个人水质检测、水安全管理等领域都会得到普遍的应用。&rdquo