“我所學的智能感知工程專業(yè)具有較強的學科交叉性。比如我研制的‘超聲移液’設(shè)備，就用到了微機電系統(tǒng)、人工智能，以及機器視覺技術(shù)?！碧旖虼髮W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(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，為滿足國家對先進傳感技術(shù)、高端科學儀器裝備和智能技術(shù)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(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展方向，探索智能感知技術(shù)在各個領(lǐng)域的深度融合和創(chuàng)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(shù)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(wǎng)能夠排查故障的機器人，都離不開智能傳感器對數(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。先進的傳感技術(shù)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(huán)節(jié)。我們成立感知科學與工程系，就是要培養(yǎng)高質(zhì)量數(shù)據(jù)的‘搬運工’?！碧旖虼髮W精儀學院副院長胡春光認為，作為獲取核心數(shù)據(jù)的測量設(shè)備，智能傳感器需要確保數(shù)據(jù)的翔實準確、類型豐富。高質(zhì)量數(shù)據(jù)可以讓機器通過學習變得越來越聰明。同時人工智能技術(shù)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(shè)和發(fā)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(yè)，是我國最早培養(yǎng)儀器類專業(yè)人才的高校之一。1998年，國家有關(guān)部門發(fā)布新的普通高等學校本科專業(yè)目錄，將儀器類原有11個專業(yè)合并為測控技術(shù)與儀器專業(yè)。
依托國家一級學科儀器科學與技術(shù)，測控技術(shù)與儀器專業(yè)側(cè)重于傳感器的測控協(xié)調(diào)技術(shù)。但隨著科技的發(fā)展，亟需發(fā)展先進的傳感技術(shù)和器件，以滿足新型傳感器的需求。
2019年，天津大學聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學、東南大學和北京信息科技大學向教育部提出增設(shè)智能感知工程專業(yè)申請，并獲得批準。
“智能感知工程專業(yè)經(jīng)過了幾年的發(fā)展，學院在教學、科研、師資隊伍建設(shè)等方面有了一定的積累?！焙汗庹f，“人工智能技術(shù)日新月異，對我們提出更高要求。站在學科建設(shè)角度，應該打造體系化教學、研究以及人才培養(yǎng)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(lǐng)示范作用，也標志著該專業(yè)在我國進入實體運行和專業(yè)化管理的新發(fā)展階段?！?
培育復合型創(chuàng)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(yǎng)的人才，不能停留在單純會使用人工智能技術(shù)的階段，要能駕馭并推動人工智能的發(fā)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(shù)據(jù)，更好地解析事物的運行規(guī)律，為智能技術(shù)持續(xù)進步注入新動能?！秉S顯說，“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(shè)計、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，完成多元或者復雜信息的獲取，從而實現(xiàn)傳感器更廣泛的用途。
“人工智能與傳感器的結(jié)合將促使我們對傳感器產(chǎn)生全新的認知?！秉S顯認為，“這種結(jié)合不是傳感器在前端，人工智能在后端的簡單結(jié)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(lǐng)域?！?
學科交叉和系統(tǒng)化思維是感知科學與工程系學生需具備的基本素質(zhì)。
“這個專業(yè)與物理、化學、材料等基礎(chǔ)學科，以及電學、光學、大數(shù)據(jù)、人工智能等工程學科密切相關(guān)。”胡春光舉例，智能傳感器麻雀雖小五臟俱全，學生需要具備儀器傳感知識，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(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’問題，又要具有產(chǎn)業(yè)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(yǎng)。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(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)品應用到行業(yè)中。
開設(shè)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?！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?！?
黃顯認為，在科學研究和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，需要開展大量與前端硬件融合的人工智能技術(shù)研究。因此感知科學與工程系的相關(guān)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(gòu)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(shè)置上，感知科學與工程系所有關(guān)于人工智能和機器學習的課程，都緊密地與前端硬件聯(lián)系在一起。所有工程實踐環(huán)節(jié)都利用了學校教師的科研成果，即學生們通過教師研發(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(yè)涵蓋了儀器科學與技術(shù)、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(fā)揮交叉科學研究和通過多學科融合進行特色教學的優(yōu)勢。另外，我們認為人工智能技術(shù)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?！秉S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(tǒng)、復雜信息檢測和認知、無損檢測技術(shù)與儀器、科學儀器與物質(zhì)檢測等。
“此前，儀器科學與技術(shù)學科只有測控技術(shù)與儀器專業(yè)。感知科學與工程系的成立將為學科發(fā)展注入新活力?！秉S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?！?
