锻造高端仪器装备 发展先进传感技术
天津大学:培养智能感知应用主力军
图为天津大学智能感知工程专业师生开展智能车调试。 天津大学供图
"我所学的智能感知工程专业具有较强的学科交叉性。比如我研制的'超声移液'设备,就用到了微机电系统、人工智能,以及机器视觉技术。"天津大学精密仪器与光电学院(以下简称精仪学院)2020级本科生尹磊告诉记者。
日前,天津大学获批成立感知科学与工程系。今年9月,尹磊将进入该系进行研究生阶段的深造学习,继续优化完善"超声移液"设备。
随着新一轮科技革命和产业变革不断深入,为满足国家对先进传感技术、高端科学仪器装备和智能技术的迫切需求,天津大学精仪学院感知科学与工程系瞄准新质生产力发展方向,探索智能感知技术在各个领域的深度融合和创新应用。
强化体系化育人模式
说起感知科学与工程,绝大多数人不知道它研究的什么。但"眼观六路、耳听八方"的无人驾驶汽车,工厂中可以自动喷涂的智能机械手臂,智能电网能够排查故障的机器人,都离不开智能传感器对数据的处理和输出。
传统的传感器是一种能够感知环境变化并将其转换成数字信号的设备,包括温度传感器、光电传感器、气体传感器等多种类型。
随着人工智能技术的兴起,传感器也朝着智能感知领域不断发展。先进的传感技术与器件,成为人工智能的"五官",具有视觉、听觉、嗅觉、触觉、味觉等功能,这将有利于信息的智慧获取。
"智能感知是人工智能不可或缺的一个环节。我们成立感知科学与工程系,就是要培养高质量数据的'搬运工'。"天津大学精仪学院副院长胡春光认为,作为获取核心数据的测量设备,智能传感器需要确保数据的翔实准确、类型丰富。高质量数据可以让机器通过学习变得越来越聪明。同时人工智能技术也能让传感器完成更加复杂的测量,具备更多功能。
在仪器学科建设和发展方面,天津大学始终处于全国前列。
天津大学是全国仪器类首批硕士点和博士点授予单位之一。1952年,天津大学成立精密机械仪器专业,是我国最早培养仪器类专业人才的高校之一。1998年,国家有关部门发布新的普通高等学校本科专业目录,将仪器类原有11个专业合并为测控技术与仪器专业。
依托国家一级学科仪器科学与技术,测控技术与仪器专业侧重于传感器的测控协调技术。但随着科技的发展,亟需发展先进的传感技术和器件,以满足新型传感器的需求。
2019年,天津大学联合哈尔滨工业大学、东南大学和北京信息科技大学向教育部提出增设智能感知工程专业申请,并获得批准。
"智能感知工程专业经过了几年的发展,学院在教学、科研、师资队伍建设等方面有了一定的积累。"胡春光说,"人工智能技术日新月异,对我们提出更高要求。站在学科建设角度,应该打造体系化教学、研究以及人才培养模式。天津大学精仪学院获批成立感知科学与工程系恰逢其时。这不仅具有引领示范作用,也标志着该专业在我国进入实体运行和专业化管理的新发展阶段。"
培育复合型创新人才
天津大学精仪学院感知科学与工程系系主任黄显认为,感知科学与工程系培养的人才,不能停留在单纯会使用人工智能技术的阶段,要能驾驭并推动人工智能的发展。
"智能传感器和高端科学仪器装备能够帮助人类获取多元海量数据,更好地解析事物的运行规律,为智能技术持续进步注入新动能。"黄显说,"我们培养的人才就是聚焦最前端数据获取这一环节。"
传统传感器无法获取多元或者复杂信息,这就要求感知科学与工程系的学生通过学习,学会设计、构建传感器和高端仪器设备,并且能将传感器与人工智能结合起来,完成多元或者复杂信息的获取,从而实现传感器更广泛的用途。
"人工智能与传感器的结合将促使我们对传感器产生全新的认知。"黄显认为,"这种结合不是传感器在前端,人工智能在后端的简单结合,应该是'你中有我我中有你'的融合。至于在哪个部分融合、融合程度,都是需要研究的科学问题,也是感知科学与工程系科研的重点领域。"
学科交叉和系统化思维是感知科学与工程系学生需具备的基本素质。
"这个专业与物理、化学、材料等基础学科,以及电学、光学、大数据、人工智能等工程学科密切相关。"胡春光举例,智能传感器麻雀虽小五脏俱全,学生需要具备仪器传感知识,了解数据处理,知道如何把微电子材料加工成传感器。同时学生还要具备化学知识,这有助于解决传感过程中把外界物理信号变成电信号的问题。
"这一专业既是创新前沿,又属于新工科范畴,因此培养人才既要站在科技前沿,解决'卡脖子'问题,又要具有产业化能力。"胡春光说。
为此,天津大学精仪学院非常注重对学生的全过程培养。学生要从头到尾参与项目,同时有相应的课程和课题支撑。
"从大二开始到大四,我们完整地参与了很多项目以及老师课题。"尹磊介绍,老师手把手地带领他们完成传感器的制作、优化等,帮助了解行业的发展脉络,以及如何把产品应用到行业中。
开设特色课程
"最近火爆的ChatGPT、Sora等生成式人工智能,主要应用于文字编辑和视频制作。"黄显表示,"但工程领域需要的是将海量数据与人工智能技术相结合,使人们受到新的启发,并更好地作出决策。"
黄显认为,在科学研究和工业生产等领域,需要开展大量与前端硬件融合的人工智能技术研究。因此感知科学与工程系的相关课程需要形成特色,不能完全照搬计算机学科的人工智能课程。
基于这一理念,在课程改革中,天津大学感知科学与工程系突出硬件传感器的构造在课程中的核心地位,教授学生如何更好地利用人工智能,服务于工程实践。
在课程设置上,感知科学与工程系所有关于人工智能和机器学习的课程,都紧密地与前端硬件联系在一起。所有工程实践环节都利用了学校教师的科研成果,即学生们通过教师研发的各种仪器设备、传感器获取数据,或基于这些具体数据建立算法,以新的思维方式,提高工程实践能力。
感知科学与工程系的教师团队都是具有学科交叉背景的复合型人才。以黄显为例,从本科到研究生阶段,他的专业涵盖了仪器科学与技术、机械、材料科学与工程等。
"教师团队成员均具有多元化背景,能够充分发挥交叉科学研究和通过多学科融合进行特色教学的优势。另外,我们认为人工智能技术是辅助教学和科研的重要工具,全系每个教师都需要熟练使用。"黄显说。
未来,感知科学与工程系的主要研究方向包括先进传感器件与系统、复杂信息检测和认知、无损检测技术与仪器、科学仪器与物质检测等。
"此前,仪器科学与技术学科只有测控技术与仪器专业。感知科学与工程系的成立将为学科发展注入新活力。"黄显表示,"这给我们提出更高要求,同时也是老师和学生们未来需要研究探索的方向。"
(记者 陈 曦)
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