“我所學(xué)的智能感知工程專(zhuān)業(yè)具有較強(qiáng)的學(xué)科交叉性。比如我研制的‘超聲移液’設(shè)備，就用到了微機(jī)電系統(tǒng)、人工智能，以及機(jī)器視覺(jué)技術(shù)。”天津大學(xué)精密儀器與光電學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)精儀學(xué)院）2020級(jí)本科生尹磊告訴記者。
日前，天津大學(xué)獲批成立感知科學(xué)與工程系。今年9月，尹磊將進(jìn)入該系進(jìn)行研究生階段的深造學(xué)習(xí)，繼續(xù)優(yōu)化完善“超聲移液”設(shè)備。
隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革不斷深入，為滿足國(guó)家對(duì)先進(jìn)傳感技術(shù)、高端科學(xué)儀器裝備和智能技術(shù)的迫切需求，天津大學(xué)精儀學(xué)院感知科學(xué)與工程系瞄準(zhǔn)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展方向，探索智能感知技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的深度融合和創(chuàng)新應(yīng)用。
強(qiáng)化體系化育人模式
說(shuō)起感知科學(xué)與工程，絕大多數(shù)人不知道它研究的什么。但“眼觀六路、耳聽(tīng)八方”的無(wú)人駕駛汽車(chē)，工廠中可以自動(dòng)噴涂的智能機(jī)械手臂，智能電網(wǎng)能夠排查故障的機(jī)器人，都離不開(kāi)智能傳感器對(duì)數(shù)據(jù)的處理和輸出。
傳統(tǒng)的傳感器是一種能夠感知環(huán)境變化并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的設(shè)備，包括溫度傳感器、光電傳感器、氣體傳感器等多種類(lèi)型。
隨著人工智能技術(shù)的興起，傳感器也朝著智能感知領(lǐng)域不斷發(fā)展。先進(jìn)的傳感技術(shù)與器件，成為人工智能的“五官”，具有視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)等功能，這將有利于信息的智慧獲取。
“智能感知是人工智能不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)。我們成立感知科學(xué)與工程系，就是要培養(yǎng)高質(zhì)量數(shù)據(jù)的‘搬運(yùn)工’。”天津大學(xué)精儀學(xué)院副院長(zhǎng)胡春光認(rèn)為，作為獲取核心數(shù)據(jù)的測(cè)量設(shè)備，智能傳感器需要確保數(shù)據(jù)的翔實(shí)準(zhǔn)確、類(lèi)型豐富。高質(zhì)量數(shù)據(jù)可以讓機(jī)器通過(guò)學(xué)習(xí)變得越來(lái)越聰明。同時(shí)人工智能技術(shù)也能讓傳感器完成更加復(fù)雜的測(cè)量，具備更多功能。
在儀器學(xué)科建設(shè)和發(fā)展方面，天津大學(xué)始終處于全國(guó)前列。
天津大學(xué)是全國(guó)儀器類(lèi)首批碩士點(diǎn)和博士點(diǎn)授予單位之一。1952年，天津大學(xué)成立精密機(jī)械儀器專(zhuān)業(yè)，是我國(guó)最早培養(yǎng)儀器類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才的高校之一。1998年，國(guó)家有關(guān)部門(mén)發(fā)布新的普通高等學(xué)校本科專(zhuān)業(yè)目錄，將儀器類(lèi)原有11個(gè)專(zhuān)業(yè)合并為測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)。
依托國(guó)家一級(jí)學(xué)科儀器科學(xué)與技術(shù)，測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)側(cè)重于傳感器的測(cè)控協(xié)調(diào)技術(shù)。但隨著科技的發(fā)展，亟需發(fā)展先進(jìn)的傳感技術(shù)和器件，以滿足新型傳感器的需求。
2019年，天津大學(xué)聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)和北京信息科技大學(xué)向教育部提出增設(shè)智能感知工程專(zhuān)業(yè)申請(qǐng)，并獲得批準(zhǔn)。
“智能感知工程專(zhuān)業(yè)經(jīng)過(guò)了幾年的發(fā)展，學(xué)院在教學(xué)、科研、師資隊(duì)伍建設(shè)等方面有了一定的積累?！焙汗庹f(shuō)，“人工智能技術(shù)日新月異，對(duì)我們提出更高要求。站在學(xué)科建設(shè)角度，應(yīng)該打造體系化教學(xué)、研究以及人才培養(yǎng)模式。天津大學(xué)精儀學(xué)院獲批成立感知科學(xué)與工程系恰逢其時(shí)。這不僅具有引領(lǐng)示范作用，也標(biāo)志著該專(zhuān)業(yè)在我國(guó)進(jìn)入實(shí)體運(yùn)行和專(zhuān)業(yè)化管理的新發(fā)展階段?！?
培育復(fù)合型創(chuàng)新人才
天津大學(xué)精儀學(xué)院感知科學(xué)與工程系系主任黃顯認(rèn)為，感知科學(xué)與工程系培養(yǎng)的人才，不能停留在單純會(huì)使用人工智能技術(shù)的階段，要能駕馭并推動(dòng)人工智能的發(fā)展。
“智能傳感器和高端科學(xué)儀器裝備能夠幫助人類(lèi)獲取多元海量數(shù)據(jù)，更好地解析事物的運(yùn)行規(guī)律，為智能技術(shù)持續(xù)進(jìn)步注入新動(dòng)能?！秉S顯說(shuō)，“我們培養(yǎng)的人才就是聚焦最前端數(shù)據(jù)獲取這一環(huán)節(jié)?！?
傳統(tǒng)傳感器無(wú)法獲取多元或者復(fù)雜信息，這就要求感知科學(xué)與工程系的學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)、構(gòu)建傳感器和高端儀器設(shè)備，并且能將傳感器與人工智能結(jié)合起來(lái)，完成多元或者復(fù)雜信息的獲取，從而實(shí)現(xiàn)傳感器更廣泛的用途。
“人工智能與傳感器的結(jié)合將促使我們對(duì)傳感器產(chǎn)生全新的認(rèn)知。”黃顯認(rèn)為，“這種結(jié)合不是傳感器在前端，人工智能在后端的簡(jiǎn)單結(jié)合，應(yīng)該是‘你中有我我中有你’的融合。至于在哪個(gè)部分融合、融合程度，都是需要研究的科學(xué)問(wèn)題，也是感知科學(xué)與工程系科研的重點(diǎn)領(lǐng)域。”
學(xué)科交叉和系統(tǒng)化思維是感知科學(xué)與工程系學(xué)生需具備的基本素質(zhì)。
“這個(gè)專(zhuān)業(yè)與物理、化學(xué)、材料等基礎(chǔ)學(xué)科，以及電學(xué)、光學(xué)、大數(shù)據(jù)、人工智能等工程學(xué)科密切相關(guān)。”胡春光舉例，智能傳感器麻雀雖小五臟俱全，學(xué)生需要具備儀器傳感知識(shí)，了解數(shù)據(jù)處理，知道如何把微電子材料加工成傳感器。同時(shí)學(xué)生還要具備化學(xué)知識(shí)，這有助于解決傳感過(guò)程中把外界物理信號(hào)變成電信號(hào)的問(wèn)題。
“這一專(zhuān)業(yè)既是創(chuàng)新前沿，又屬于新工科范疇，因此培養(yǎng)人才既要站在科技前沿，解決‘卡脖子’問(wèn)題，又要具有產(chǎn)業(yè)化能力?！焙汗庹f(shuō)。
為此，天津大學(xué)精儀學(xué)院非常注重對(duì)學(xué)生的全過(guò)程培養(yǎng)。學(xué)生要從頭到尾參與項(xiàng)目，同時(shí)有相應(yīng)的課程和課題支撐。
“從大二開(kāi)始到大四，我們完整地參與了很多項(xiàng)目以及老師課題。”尹磊介紹，老師手把手地帶領(lǐng)他們完成傳感器的制作、優(yōu)化等，幫助了解行業(yè)的發(fā)展脈絡(luò)，以及如何把產(chǎn)品應(yīng)用到行業(yè)中。
開(kāi)設(shè)特色課程
“最近火爆的ChatGPT、Sora等生成式人工智能，主要應(yīng)用于文字編輯和視頻制作?！秉S顯表示，“但工程領(lǐng)域需要的是將海量數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合，使人們受到新的啟發(fā)，并更好地作出決策。”
黃顯認(rèn)為，在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，需要開(kāi)展大量與前端硬件融合的人工智能技術(shù)研究。因此感知科學(xué)與工程系的相關(guān)課程需要形成特色，不能完全照搬計(jì)算機(jī)學(xué)科的人工智能課程。
基于這一理念，在課程改革中，天津大學(xué)感知科學(xué)與工程系突出硬件傳感器的構(gòu)造在課程中的核心地位，教授學(xué)生如何更好地利用人工智能，服務(wù)于工程實(shí)踐。
在課程設(shè)置上，感知科學(xué)與工程系所有關(guān)于人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的課程，都緊密地與前端硬件聯(lián)系在一起。所有工程實(shí)踐環(huán)節(jié)都利用了學(xué)校教師的科研成果，即學(xué)生們通過(guò)教師研發(fā)的各種儀器設(shè)備、傳感器獲取數(shù)據(jù)，或基于這些具體數(shù)據(jù)建立算法，以新的思維方式，提高工程實(shí)踐能力。
感知科學(xué)與工程系的教師團(tuán)隊(duì)都是具有學(xué)科交叉背景的復(fù)合型人才。以黃顯為例，從本科到研究生階段，他的專(zhuān)業(yè)涵蓋了儀器科學(xué)與技術(shù)、機(jī)械、材料科學(xué)與工程等。
“教師團(tuán)隊(duì)成員均具有多元化背景，能夠充分發(fā)揮交叉科學(xué)研究和通過(guò)多學(xué)科融合進(jìn)行特色教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。另外，我們認(rèn)為人工智能技術(shù)是輔助教學(xué)和科研的重要工具，全系每個(gè)教師都需要熟練使用?！秉S顯說(shuō)。
未來(lái)，感知科學(xué)與工程系的主要研究方向包括先進(jìn)傳感器件與系統(tǒng)、復(fù)雜信息檢測(cè)和認(rèn)知、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)與儀器、科學(xué)儀器與物質(zhì)檢測(cè)等。
“此前，儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科只有測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)。感知科學(xué)與工程系的成立將為學(xué)科發(fā)展注入新活力。”黃顯表示，“這給我們提出更高要求，同時(shí)也是老師和學(xué)生們未來(lái)需要研究探索的方向?！?
