谈科研实验自动化

这些年全国科研界上上下下都忙着做一件事情，大家都一股脑儿地打造自动化的实验室，于是一批批带着机械手串联着一堆仪器设备的自动化实验系统出现在相当数量的高校与研究所中。这似乎已成为一种实验室建设的流行趋势了，仿佛自己的单位里没有一套自动化实验系统就不配搞科研一样。
当我走进这些实验室，眼见着机械手自动把实验板从一台仪器搬运到另一台仪器，成堆的仪器各自进行着不同的实验步骤，的确会给我带来满满科技感的视觉冲击。让我不禁感叹现代科研实验的先进性。
然而随着我参观了很多高校研究所的自动化实验室之后，审美疲劳下的我开始看到了一些触目惊心的真实。全国生物研究领域已建成至少80套自动化实验系统，平均每套耗资1500~2000万元，这近20个亿经费投资的自动化项目竟然能够运行使用的不超过5%。查阅设备使用登记，近乎所有的自动化实验系统从安装之日开始其开机使用的次数屈指可数。虽然我是有心理准备的，但当我整理出以上的数据来的时候，自己还是瞠目结舌的！然而，科研界整体似乎集体无视了这种情况，还不断地涌现出新建项目，就像着魔一般地不断重复着这种错误！
看着这些令人震惊的现象，也让我陷入了深度思考之中，接下来让我们一起细细探究问题到底出在哪里了。
首先是需求，也是出发点。由于我国的高等教育“重书本轻实验”的机制，故形成了科研团队里硕士研究生只有在临近毕业的时候才具备部分实验的独立操作能力，只有更少数的博士研究生能够具备较为熟练的实验技能。在面对繁重的实验任务时，实验人员参差不齐的技能水平也常常会让实验数据出现重大偏离。所以各个科研团队希望通过自动化的实验设备弥补实验质量不稳定的问题。在这点上来看，建设自动化实验系统的出发点是非常正确的。
其次是解决方案的选择。大量使用机械手进行自动化工作的方式源自我国近些年的高科技制造业，如汽车制造、手机制造、芯片制造等。这些高端制造业具备如下共性特点：
1、生产工艺高度成熟化与标准化，每个工艺环节可以固定到操作的运动轨迹、幅度与力度，每条生产线高度SOP式的固定化。机械手的应用可极大以避免人工操作的随机性偏差，也能够避免因人员疲劳而产生的效率问题；
2、生产工艺存在高度的精密度、准确度与洁净度要求，面对成百上千的细微零件，进行微米级精度的操作时，或面对高度无尘无污染环境操作时，人工操作是难于实现的。机械手的应用可极大地避免操作人员的自身条件限制。
3、生产工艺存在高度稳定的器材或零件的配比性，每步工序就是那几个固定的零件，就是那几个器材，在生产之前配比好进料就行。
然而，科研工作本就是以探索未知的工作，该项工作注定存在着随机多变的工作流程，无法像汽车工厂的生产线一样进行严格固定的操作，也无法严格配比实验器材的使用量，因此将自动化工厂里的机械手生搬硬套进实验室从根本上就是一种方法学的错误。
这时候有人就会说：批评谁都会，说了半天，人家实验室的问题还是没有解决呀。
那么接下来，我就来谈谈解决问题之策。
如果我们深入地去剖析科研实验工作，我们就会发现，虽然整体的实验流程会随着实验目的、实验设计等差异而存在不同，但是会有很多实验步骤是固定流程的，不同的整体实验流程其实是将各种固定的实验步骤进行的不同排序与组合。那么，研究团队真正想提升的实验质量恰恰就是这些固定的实验步骤，所以我的建议就是利用机械手与自动化仪器构建每个实验步骤的小自动化系统，再由人工进行实验步骤的排序与组合，这样就能灵活地调整器材用量、灵活地构建科研实验了。
深度理解自身科研细节，将自动化实验系统模块化的解决思路，方为科研团队们自我修行的核心所在。自动化实验室绝不是简单的仪器堆砌！愿科我国的科研工作者们早醒悟，愿真正的实验室自动化能够早日实现。