橡树岭国家实验室揭示AI驱动研究设施背后的"隐形团队"

在美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL），每一座自动驾驶实验室的背后，都有一支鲜为人知的团队在默默支撑。设施与运营（F&O）部门的工作人员正在建设和维护这一切让自主科学成为可能的基础设施。

自动化实验室的运行几乎不需要人工干预，转而依靠机器人、传感器和自动化系统完成从液体分装到将样本放入烘箱的各类操作。这些实验室具备学习与自适应能力，AI在整个流程中至少参与一项决策。

目前，ORNL已建成十余座自动驾驶实验室，使这座位于田纳西州的国家实验室跻身全球最早大规模推行自主实验室模式的研究机构之列。

将AI融入科研工作流程，不仅正在改变实验的开展方式，也深刻影响着研究设施的设计、运营与维护模式。

"将AI嵌入我们的工作流程和系统，正在彻底改变我们做科学的方式，"负责推进ORNL自主科学工作的杰出研究员罗布·摩尔（Rob Moore）说，"这种转变不仅影响科研过程本身，也深刻影响着支撑这一切的整个运营体系。"

F&O团队由工艺工人、技术技能专业人员、设施维护技术员、工程师及其他支持人员组成，他们在实验室中承担实际操作工作，同时参与设计、运营、维护和演进持续自主运营所需的整套生态系统。

摩尔表示，F&O人员是与科研人员共同塑造ORNL自主科学战略的平等伙伴，帮助实验室跟上快速演变的科研需求。"运营部门在探索这个新时代如何做科学方面扮演着同等重要的角色，"他说，"我们在协作中共同定义未来的样貌。"

多位技术技能专业人员为ORNL自动化实验室的建设提供了实操支持。

"起重与索具专业人员负责运输重型机器人设备和熔炉，管道工连接了实验室内不同位置最多八路气体流线，"ORNL自主化学实验室的化学家克雷格·布里奇斯（Craig Bridges）在介绍实验室上线所需工作时说道。

"仪表技术员诊断并安装了复杂布线，以实现设备与控制计算机之间的专项通信。钣金工连接了一套大型定制通风罩，扩展了可安全开展的化学实验范围。木工制作了定制设备固定装置，电工负责供电、铺设十余台设备的物理网络线路，并为实验室的移动机器人搭建了充电站。"

布里奇斯补充说，如果没有这些出色的运营人员，实验室根本无法上线。

"这些工作本身已相当复杂，他们还需要考虑大量安全与性能层面的问题——毕竟实验是在大多数人熟睡时持续运行的，"他说，"正是因为有了这支团队，我才能专注于科研产出。"

自动化实验室依赖设备、控制系统与数据系统的紧密整合网络，实验可连续运行，仪器实时通信，数据直接流入指导下一步操作的计算模型。

"搭建自动化实验室所需的运行环境并非一蹴而就，"摩尔说，"这需要长远规划，以及能够理解每个环节如何协同运作的专业人才。"

F&O负责监管电力分配、公用设施、高容量网络及控制系统，确保实验的稳定性与安全性。其近1300名员工维护着ORNL庞大园区复杂的能源与基础设施需求。公用设施、安保与消防人员全天候值守，守护各项基础设施。自动化实验室带来了新的运营需求，要求稳定供电、更高数据传输速率、不间断连接，以及能够即时响应变化的系统。

跟上自主科学的发展步伐，需要运营团队在新仪器或AI系统进入实验室之前，提前预判未来需求。F&O的工程师、建筑师和项目经理确保ORNL的能力超前于科学目标，同时负责旧实验室的拆除和全新实验室的建设。

最终，ORNL自动化实验室呈现出一种全新的发现模式——更快速、更高效、由数据驱动，推动能源领域的探索与创新。摩尔表示，自主科学之所以能够成功，正是因为研究人员与运营团队共同开发解决方案。

"他们不只是管理这些系统，他们参与建造这些系统，"他说，"我们依靠这种合作关系来跟上科学的脚步。"

在很多情况下，运营人员所做的已不仅仅是维护系统和支持科研，他们同样在推动创新。

仪表技术员达伦·洛波塞尔（Darren Loposser）负责支持研究设施并制造控制系统，是其中一个典型案例。

在客户请求团队支持一个项目后，洛波塞尔看到了将一处旧实验室空间改造升级的机会，使其能够更好地服务于该项目目标，同时为未来的自主科学奠定基础。

他的改造工作目前处于不同完成阶段，其中包括一套将多个实验室连接至单一控制网络、可持续运行并共享信息的系统。该系统将使研究人员能够实时监测实验、追踪性能并作出响应。

这项工作契合ORNL"未来实验室"愿景，该愿景通过由摩尔主导的互联科学生态系统（INTERSECT）计划得以推进，旨在将各实验室整合为一个全天候互联互通的生态系统。

洛波塞尔的工作还构建了结构化数据流——即关于实验或设备的密集数据点集合——供AI工具用于分析结果、检测问题并指导后续实验。

"我们正在将工业自动化的力量引入科研领域，"洛波塞尔说。他在几年前尚不知晓INTERSECT计划时，便曾提出过类似的构想。

"我们有很多新员工，他们的前辈凭借多年积累的机构知识，能够安全地操作复杂系统开展实验。我的目标是将这些知识固化并自动化，打造更安全、更易用的操作系统。"

ORNL计算与计算科学部门战略项目经理克里斯·布鲁尔（Chris Brewer）表示，他希望更多人能了解洛波塞尔这样的幕后英雄。

"达伦和这群多元化的F&O员工不会因为这份工作获得奖项或专利，他们只是把这一切视为本职工作，也不追求赞誉。但我认为，整个实验室乃至公众都应该了解，他们的工作对于推动ORNL发现与创新使命的达成，是多么不可或缺。"

ORNL由UT-Battelle代表美国能源部科学办公室进行管理，该办公室是美国物理科学领域最大的基础研究单一资助机构，致力于应对当今最紧迫的挑战。

Q&A

Q1：橡树岭国家实验室的自动化实验室是如何运作的？

A：橡树岭国家实验室的自动化实验室几乎不需要人工干预，依靠机器人、传感器和自动化系统完成实验操作，如液体分装和样本处理。实验室具备学习与自适应能力，AI参与至少一项决策。目前ORNL已建成十余座此类实验室，实验可连续运行，仪器实时通信，数据直接流入计算模型指导后续步骤。

Q2：F&O团队在自动化实验室建设中具体承担哪些工作？

A：F&O团队承担了大量关键基础工作：起重专业人员运输重型机器人设备，管道工连接多路气体流线，仪表技术员安装设备与计算机间的通信布线，钣金工安装定制通风装置，木工制作设备固定装置，电工负责供电和网络布线，并为移动机器人搭建充电站。此外，他们还负责电力分配、公用设施、高容量网络等基础设施的日常维护。

Q3：INTERSECT计划的目标是什么？

A：INTERSECT（互联科学生态系统）计划由ORNL科学家罗布·摩尔主导，目标是将多个实验室整合为一个可全天候运行、持续共享信息的互联生态系统。该计划支持实验室实时监测实验、追踪性能并即时响应，同时构建结构化数据流，供AI工具分析结果、检测问题并指导后续实验，是ORNL"未来实验室"愿景的核心组成部分。