国家高度重视高水平实验室建设，并将实验室建设纳入国家发展规划。截至2020年9月，我国共有国家重点实验室257个，分布在九个学科领域。截至2019年底，全国境内（不含港澳台）检验检测机构达四万余家，实验室建设取得显著成就。目前，实验室存在信息化程度低、开放共享不充分、高耗能等问题，已经无法满足新发展阶段科技创新需求。新一代信息技术的不断涌现与广泛应用，为构建新型智慧实验室提供了技术手段，智慧实验室建设方兴未艾。

智慧实验室特点

1) 自动感知能力智慧实验室能够将实验室人员、设备、样件、环境等要素信息化，并能感知人员、设备、样件、环境等的状态。例如：通过装配温度传感器、压力传感器、湿度传感器等测量环境信息，通过射频识别技术（RFID）或二维码识别器感知设备及样件状态，通过高清识别器感知人员面部状态等。

2) 信息收集分析能力智慧实验室能够收集、存储感知系统收集的各类数据，并借助一定算法将数据转化为实验室人员的心理、语言或行为诉求。例如：收集实验室不同种类仪器设备的使用次数和开机时间，通过对设备使用次数和开机时间的统计，进行仪器设备的合理化配置。

3) 自动实现诉求能力智慧实验室能够将代表实验室人员诉求的信息转变成控制信息，并通过控制系统（如步进电机、继电器、机器手、显示器等）自动实现实验室人员的诉求，进而逐步优化对人员、设备、样件、环境等要素的管理。例如：实验室某研究人员经常将实验室内工作温度设定为25℃，那么只要此人来到实验室，系统会自动通过网络将控制信号传递至温度控制系统，将实验室内温度调整至25℃；实验人员运用多种方法进行某项实验，系统能够通过实验结果得出一定规律并自动给出实验参考方案。

智慧实验室构成系统及所用技术

构成系统智慧实验室除具备一般实验室所必需的建筑物、设施设备外，还具备五类重要系统，即管理系统、感知系统、信息传输系统、信息处理系统、执行系统。智慧实验室构成系统原理见下图。

1) 管理系统主要实现实验室人员、设备、样品、方法、环境、能耗等的信息化管理，如建立人员安全培训、知识体系和权限管理，仪器设备验收、保养、计量、维修、报废全生命周期管理，实验方法的确认、验证、更新提醒等。

2) 感知系统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。

3) 信息传输系统信息传输系统通过数据采集器、有线网络、无线传输技术（4G、5G、红外等）等将物联网感知信息传输到各类计算机服务器。

4) 信息处理系统通过大数据、人工智能、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，对互联网传递来的物联感知数据进行识别、判断，将处理后的控制信号通过网络系统传递到物联网终端，通过控制终端进行相应操作。

5) 执行系统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、门禁系统开关、窗帘控制步进电机等。有的感知系统和执行系统集成为一体。

常用技术智慧实验室建设常用技术主要包括智能传感器技术、网络与计算机技术、智能和大数据技术、自动控制与机器人技术、网络安全技术等。

智能传感器技术智能传感器是指具有信息采集、信息处理、信息交换、信息存储功能的多元件集成电路，是集成传感芯片、通信芯片、微处理器、驱动程序、软件算法等于一体的系统级产品。智能传感器是实现智慧实验室的基础，是确定实验室人员诉求、实验室环境参数、样件位置及方法正确与否的关键技术，常用传感器包括光传感器、电传感器、磁传感器、热传感器、声传感器、机械传感器等。目前主要传感器类型及被测量信息如图。

如何建设智慧实验室

构建智慧实验室建议基于以上对智慧实验室基本内涵、特点、构成系统和常用技术的分析，可以得出智慧实验室能够实现实验室全要素运行的信息化、基础数据的数字化、实验室管理的智能化，进而为实验室科学管理提供决策支撑。建设智慧实验室可以从以下几个方面着力。

完善建设标准和评价体系智慧实验室功能需求千差万别，但一般都是由管理系统、感知系统、信息传输系统、信息处理系统、执行系统的全部或部分组成，如果没有统一的标准，很难实现各系统之间、不同实验室之间的适配性，特别是涉及传感器接口、数据存储等多领域协作的部分。因此，必须加快制定智慧实验室建设标准，明确智慧实验室的内涵、基本功能和基本框架，明确数据格式、智能设备及传感器接口标准，建立科学的智慧实验室评价体系，即实验室智慧程度的评价标准，有助于加速推进智慧实验室的产品开发和推广普及。

加快关键智能传感器研发。智能传感器是获取实验室数据的基础，是实现实验室运行由人员管理转向信息化智慧管理的关键技术。杨斌等人提出：随着新一代信息技术的发展，新一代传感器应具有零功耗、无线按需连接、多维信息集成、网络协议与集成化、适应多种特殊环境等特征。我国目前使用的先进传感器大部分依赖进口，传感器领域的技术水平已与欧美等国家形成差距，成为“卡脖子”技术难题。推进传感器等关键领域基础理论、基础算法、装备材料等研发突破与迭代应用已被写入“十四五”规划纲要，为加快传感器核心技术研究和产业应用提供有力保障。