“我所學的智能感知工程專業具有較強的學科交叉性。比如我研制的‘超聲移液’設備，就用到了微機電系統、人工智能，以及機器視覺技術。”天津大學精密儀器與光電學院（以下簡稱精儀學院）2020級本科生尹磊告訴記者。
日前，天津大學獲批成立感知科學與工程系。今年9月，尹磊將進入該系進行研究生階段的深造學習，繼續優化完善“超聲移液”設備。
隨著新一輪科技革命和產業變革不斷深入，為滿足國家對先進傳感技術、高端科學儀器裝備和智能技術的迫切需求，天津大學精儀學院感知科學與工程系瞄準新質生產力發展方向，探索智能感知技術在各個領域的深度融合和創新應用。
強化體系化育人模式
說起感知科學與工程，絕大多數人不知道它研究的什么。但“眼觀六路、耳聽八方”的無人駕駛汽車，工廠中可以自動噴涂的智能機械手臂，智能電網能夠排查故障的機器人，都離不開智能傳感器對數據的處理和輸出。
傳統的傳感器是一種能夠感知環境變化并將其轉換成數字信號的設備，包括溫度傳感器、光電傳感器、氣體傳感器等多種類型。
隨著人工智能技術的興起，傳感器也朝著智能感知領域不斷發展。先進的傳感技術與器件，成為人工智能的“五官”，具有視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、味覺等功能，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環節。我們成立感知科學與工程系，就是要培養高質量數據的‘搬運工’。”天津大學精儀學院副院長胡春光認為，作為獲取核心數據的測量設備，智能傳感器需要確保數據的翔實準確、類型豐富。高質量數據可以讓機器通過學習變得越來越聰明。同時人工智能技術也能讓傳感器完成更加復雜的測量，具備更多功能。
在儀器學科建設和發展方面，天津大學始終處于全國前列。
天津大學是全國儀器類首批碩士點和博士點授予單位之一。1952年，天津大學成立精密機械儀器專業，是我國最早培養儀器類專業人才的高校之一。1998年，國家有關部門發布新的普通高等學校本科專業目錄，將儀器類原有11個專業合并為測控技術與儀器專業。
依托國家一級學科儀器科學與技術，測控技術與儀器專業側重于傳感器的測控協調技術。但隨著科技的發展，亟需發展先進的傳感技術和器件，以滿足新型傳感器的需求。
2019年，天津大學聯合哈爾濱工業大學、東南大學和北京信息科技大學向教育部提出增設智能感知工程專業申請，并獲得批準。
“智能感知工程專業經過了幾年的發展，學院在教學、科研、師資隊伍建設等方面有了一定的積累。”胡春光說，“人工智能技術日新月異，對我們提出更高要求。站在學科建設角度，應該打造體系化教學、研究以及人才培養模式。天津大學精儀學院獲批成立感知科學與工程系恰逢其時。這不僅具有引領示范作用，也標志著該專業在我國進入實體運行和專業化管理的新發展階段。”
培育復合型創新人才
天津大學精儀學院感知科學與工程系系主任黃顯認為，感知科學與工程系培養的人才，不能停留在單純會使用人工智能技術的階段，要能駕馭并推動人工智能的發展。
“智能傳感器和高端科學儀器裝備能夠幫助人類獲取多元海量數據，更好地解析事物的運行規律，為智能技術持續進步注入新動能。”黃顯說，“我們培養的人才就是聚焦最前端數據獲取這一環節。”
傳統傳感器無法獲取多元或者復雜信息，這就要求感知科學與工程系的學生通過學習，學會設計、構建傳感器和高端儀器設備，并且能將傳感器與人工智能結合起來，完成多元或者復雜信息的獲取，從而實現傳感器更廣泛的用途。
“人工智能與傳感器的結合將促使我們對傳感器產生全新的認知。”黃顯認為，“這種結合不是傳感器在前端，人工智能在后端的簡單結合，應該是‘你中有我我中有你’的融合。至于在哪個部分融合、融合程度，都是需要研究的科學問題，也是感知科學與工程系科研的重點領域。”
學科交叉和系統化思維是感知科學與工程系學生需具備的基本素質。
“這個專業與物理、化學、材料等基礎學科，以及電學、光學、大數據、人工智能等工程學科密切相關。”胡春光舉例，智能傳感器麻雀雖小五臟俱全，學生需要具備儀器傳感知識，了解數據處理，知道如何把微電子材料加工成傳感器。同時學生還要具備化學知識，這有助于解決傳感過程中把外界物理信號變成電信號的問題。
“這一專業既是創新前沿，又屬于新工科范疇，因此培養人才既要站在科技前沿，解決‘卡脖子’問題，又要具有產業化能力。”胡春光說。
為此，天津大學精儀學院非常注重對學生的全過程培養。學生要從頭到尾參與項目，同時有相應的課程和課題支撐。
“從大二開始到大四，我們完整地參與了很多項目以及老師課題。”尹磊介紹，老師手把手地帶領他們完成傳感器的制作、優化等，幫助了解行業的發展脈絡，以及如何把產品應用到行業中。
開設特色課程
“最近火爆的ChatGPT、Sora等生成式人工智能，主要應用于文字編輯和視頻制作。”黃顯表示，“但工程領域需要的是將海量數據與人工智能技術相結合，使人們受到新的啟發，并更好地作出決策。”
黃顯認為，在科學研究和工業生產等領域，需要開展大量與前端硬件融合的人工智能技術研究。因此感知科學與工程系的相關課程需要形成特色，不能完全照搬計算機學科的人工智能課程。
基于這一理念，在課程改革中，天津大學感知科學與工程系突出硬件傳感器的構造在課程中的核心地位，教授學生如何更好地利用人工智能，服務于工程實踐。
在課程設置上，感知科學與工程系所有關于人工智能和機器學習的課程，都緊密地與前端硬件聯系在一起。所有工程實踐環節都利用了學校教師的科研成果，即學生們通過教師研發的各種儀器設備、傳感器獲取數據，或基于這些具體數據建立算法，以新的思維方式，提高工程實踐能力。
感知科學與工程系的教師團隊都是具有學科交叉背景的復合型人才。以黃顯為例，從本科到研究生階段，他的專業涵蓋了儀器科學與技術、機械、材料科學與工程等。
“教師團隊成員均具有多元化背景，能夠充分發揮交叉科學研究和通過多學科融合進行特色教學的優勢。另外，我們認為人工智能技術是輔助教學和科研的重要工具，全系每個教師都需要熟練使用。”黃顯說。
未來，感知科學與工程系的主要研究方向包括先進傳感器件與系統、復雜信息檢測和認知、無損檢測技術與儀器、科學儀器與物質檢測等。
“此前，儀器科學與技術學科只有測控技術與儀器專業。感知科學與工程系的成立將為學科發展注入新活力。”黃顯表示，“這給我們提出更高要求，同時也是老師和學生們未來需要研究探索的方向。”
