物联网与自动化加速实验室创新效率

作者：DIGITIMES陈明阳

物联网(IoT)与自动化可为科学研究领域带来破坏性创新与许多机会，实现智能实验室(smart lab)以弹性与易取性改善现有系统与作业方式，发挥研究人员与仪器最大效益，缩短实验时间、降低实验成本、加速创新，但须排除安全与隐私风险的疑虑以保护数据与智慧财产。

智能实验室通过IoT让仪器跟云端或本地服务器连线，并结合实验室自动化成为整合、弹性、可从任何地方存取的实验设施。现有仪器可通过实验室执行系统(Laboratory Execution System；LES)连上网际网络，以提供仪器监测与警示、储存数据等功能，让研究人员能远端操作仪器与接收故障实时警示，以降低成本与提升实验效率。

现有系统无法受惠于科技的的进展，难以发挥仪器设备、研究人员、研究时间的潜力，造成研究进度延宕。IoT与自动化可促进实验室作业革新，以及研究的正确性与进行速度，让研究人员可在整合的工作与设备环境，以遥控与自动化的方式使用连网的仪器在最佳时机进行实验，不再受限于时程安排，或是需亲自在实验室操作以及人工协调与记录数据流。

不过IoT涉及网际网络与云端，必须克服网络安全疑虑才会被实验室采用，目前的解决方案可让使用者选择将数据储存于云端或受到防火墙保护的本地服务器。此外实验室本身也必须建置可靠的安全环境与基础设施，并结合严密的实验室与安全作业方式，以降低安全风险、保护数据与智慧财产。

智能实验室最大的效益包括能提升研究的质量与进度、改善实验室效率、促进良好的作业方式，以增加生产力与研究发现。运用自动化与IoT直接以仪器收集与测量数据，并通过网络传输至电子实验室纪录本(Electronic Lab Notebook；ELN)软件集中储存，可减少数据输入错误、强化数据记录正确性。

基于IoT与自动化的智能实验室可依需求客制化、商机无限，具备高适应性与弹性能符合各种研究应用要求，提供包括管理实验室物品库存、监测培养器与冷冻柜温度等实验室环境状况、促进与简化同僚间交流等功能，此外还能让协调者检视仪器使用状况数据，并据以进行生产力与可用性相关的重要决策。

不过要充分发挥智能实验室的效益需要付出不少代价，包括在现有实验室建置连网系统的财务成本，全数更换现有仪器所费不赀且可能数年后又有新产品，但若仅部分更新则又无法跟现有仪器统一整合，此外有些实验室认为应优先将经费用于取得实验所需材料而非让仪器连网。

制造商与研究人员为维持竞争力，纷纷效法已大规模应用IoT的工业与商业领域，加速引进IoT技术于实验室作业。实验室可采取降低成本的变通方式来逐步建置IoT，例如可通过LES实时处理现有仪器的远端管理与数据收集，期间使用者就能有足够时间审慎评估市场上的产品，考量其功能与相关安全标准是否符合实验室的特定需求，有利于将经费花在刀口上。

运用传感器可追踪实验室进行中的化学反应，并直接将研究数据传送至ELN软件以在线数字格式储存，再结合实验室自动化系统即可让研究人员在统一的平台管理研究数据、监测连网实验室仪器的输出。此外自动追踪实验材料用量的库存系统能节省研究人员的时间；而容器(container)技术可在处理特殊化学物品时，自动提醒操作者正确的程序以确保安全。