科研仪器装上AI大脑，智能双束电镜系统释放科研生产力

当科研设备开始具备“思考”能力，将引发怎样的变革？不仅意味着实验速度与成功率的飞跃，更重要的是，科研人员无需再时刻紧盯设备，从而腾出更多精力去攻克关键科学难题。

位于海淀区成府路150号的北京科学智能研究院，携手北京大学与深势科技，共同研制出我国首套智能双束电镜系统，展示了人工智能赋能科研的无限可能。以该研究院为代表，北京正致力于通过系统性布局与前沿探索，力争成为全球科学智能领域的领跑者。

赋予科研仪器“智慧”内核

在北大综合科研楼，材料学院研究员赵晓续正在审视双束电镜的最新实验数据。两公里外的北京科学智能研究院，研究员张泽中也在调试设备，不同的是，他通过电脑模拟出设备的“数字双胞胎”，来调试专属的智能系统。

探索微观世界时，双束电镜是重要工具。然而，以往操控它不仅需要长时间训练，还要忍受漫长、枯燥且重复的实验过程。

张泽中回忆，一次偶然的交谈中，赵晓续谈及了这一科研瓶颈，两人一拍即合，决定为双束电镜植入“AI（人工智能）大脑”。这种重复性强、标准化的操作，正是人工智能的强项。

但获取充足训练数据成为最大难题。“双束电镜机时紧张，无法长时间占用训练。”张泽中解释，让仪器变聪明需要数据，但材料科学中，样品和工艺流程各不相同。

数据从何而来？数字孪生的概念成为突破口。经过持续攻关，一套双束电镜“模拟驾驶”软件问世。

简单来说，“模拟驾驶”就是团队模拟材料在电镜下的变化，利用设备的“数字双胞胎”仿真实验过程。虚拟实验数据与真实数据对比学习，难题迎刃而解。

“就像等待培养的学生，系统起初会犯错，但会主动记录到‘错题本’，每步可溯源。随着学习深入，已追上科研团队水平。”更让张泽中惊喜的是，AI学习能力极强，甚至能举一反三，“研发过程智能化，最终设备也实现了智能化。”

自主精准的科研“得力助手”

近日，在一场人机“对决”中，智能双束电镜系统表现优异：新手操作成功率不足30%；而在“AI大脑”指挥下，无需人工干预，成功率大幅提升，单样品制备时间与熟手持平。

除了赛场，这位“助手”也正帮助团队摆脱繁重的重复性实验。

“一块样品可能需在电镜下进行十几处取样分析，实验员一坐就是一整天。”赵晓续解释，在头发丝粗细的材料上切削提取，需精准定位，操控微米级薄片，再用极细针头取出并减薄至几十纳米。

制样时，样品微漂移需人工校准。连续工作10小时以上，判断力下降，易失误，只能重来。因此，大批量任务常需“换人不停机”。

“这既消耗精力，也制约产出。”赵晓续说。如今，只需指令，系统即可自主感知判断执行，夜间也能自动识别切割区，规划完成，手法如老手。

“仪器能干枯燥活，人才能攻坚。”张泽中目标更远：将人工参与度降至20%以下，一人管5台，最大化解放生产力。

引领未来的创新引擎

解放科研生产力，智能双束电镜系统只是缩影。

AI for Science（科学智能）作为科学发现的“第五范式”，已成为全球科技强国重点布局的方向。2021年成立的北京科学智能研究院，是全球首个专注于该领域的研发机构。

5年间，该研究院飞速发展，产出世界级成果——覆盖90余种元素的大原子模型DPA-1，被誉为“自然科学界的GPT”。3.0版本可在电脑模拟微观粒子互动，加速材料、能源、催化研发。

“研究院以‘解放科学家、赋能新工业’为使命，攻关关键技术，建设开源生态，助力北京成为全球科学智能的发起者与引领者。”院长李鑫宇表示。

欲向上生长，先向下扎根。BASI布局的“四梁N柱”筑牢地基：“四梁”指模型算法、实验方法、数据库、算力平台；“N柱”则支撑锂电池、创新药、高性能合金等战略需求。

如今，一座科学“空间站”搭建起服务矩阵，从中关村辐射全球。与深势科技研发的“玻尔·科研空间站”，是全球首个“读文献-做计算-做实验-多学科协同”平台，服务全球近400万科学家。

“双束电镜研发中的高质量数据成为空间站知识库的一部分，科研数据正从‘沉睡’走向‘流动’。”张泽中认为，该系统验证了AI赋能科研的潜力，将成为面向未来的创新引擎。

知多一点：2026年5月7日起，北京日报推出《走进实验室》栏目。本文为该系列第二篇。