数字化:未来的实验室

萨曼莎·坎扎博士她是南安普顿大学的高级企业研究员，在那里她参与了几个研究项目，包括科学研究的数字化。在2022年Future Labs Live活动上，Kanza发表了题为“COVID-19对科学研究数字化的影响”的演讲，讨论了对实验室中电子实施的态度、全球大流行对其的影响以及她对未来实验室的展望。

188金宝搏备用她在活动上与Kanza联系，进一步阐述了她的发现，讨论了数字化实验室的挑战，以及为什么电子实施需要的不仅仅是技术的改变。

莫利·坎贝尔(MC):对于我们的读者来说，可能不熟悉这个概念，实验室中的电子实现是什么意思?

萨曼莎·坎扎(SK):这可能意味着几件事，但在这里，我指的是在实验室中使用技术，包括硬件和软件，以电子方式捕获实验室中的数据和信息。这可以是仪器、软件包、电子实验室笔记本和其他数字平台，也可以是用于捕获的硬件，如iPad或电脑。

MC:你研究了人们对实验室中使用的电子设备的态度和行为，比如eln。你认为在实验室中实现电子的主要障碍是什么?

SK:有很多不同的障碍，不幸的是，尽管技术不断进步，许多障碍仍然存在。一些障碍更多地出现在学术界，例如成本，无论是支付ELN订阅费用，还是新设备/软件，以及在实验室中实现任何新系统的隐藏时间成本。

可访问性也是一个巨大的障碍。无论是从硬件还是软件的角度来看，许多学术实验室都没有为实验室信息的数字化捕获而建立。设备过时(需要使用传统机器和软件)，软件包不能很好地结合在一起，甚至没有足够的物理空间来放置一台笔记本电脑或iPad，以数字方式记录科学研究。

实验室对科技来说往往是一个充满敌意的地方。许多研究人员会担心把笔记本电脑带进实验室，以防化学物质溅到电脑上。此外，科学家们发现，脱下手套在计算机上输入笔记的行为非常分散人的注意力和干扰人的行为，远远超过在实验室的笔记本上做笔记，这意味着将需要输入的系统的使用集成到实验室的工作流程中是非常具有挑战性的。

软件兼容性也是一个问题。在我的民族志研究中，我观察到科学家(在这个例子中，晶体学家)在实验室工作期间需要使用多个不同的软件包，并在他们之间手动传输数据，因为他们所需的软件包彼此不兼容。这使得鼓励在实验室中采用数字技术和设备更具挑战性。

MC:在你的Future Labs Live演讲中，你谈到了“失败”的实验通常不会被数字化。你能解释一下为什么这是个问题吗?

SK:这是一个真正的问题，因为这意味着我们失去了很多有价值的数据。我认为，了解一些事情没有成功(并理解为什么!)和阅读一些事情成功了一样有价值。如果我们不能克服数字化“失败”实验的耻辱，那么科学家们将继续重复同样的错误，因为他们将无法获得任何材料来告诉他们这些方法是不可行的。通过消除这种耻辱并接受它，使所有的科学研究数字化和可用，那么我们就可以节省宝贵的时间和精力，并在整个科学界提供一种更愉快的支持性文化。

MC:你注意到，实验室中的电子实施需要改变态度和组织，就像技术一样。你能详细说明一下吗?

SK:态度是一个永远存在的障碍。许多学者不愿意在实验室中放弃使用纸张或纸质实验笔记本。不幸的是，这种态度反映在一些学生身上，他们在完成学位时习惯使用纸质方法记录他们的工作，然后在他们进入研究生学习时看不到使用数字方法的价值。学术环境比工业界更自由，这不是坏事，但学生们没有被教育到研究数字化的价值，大量研究成果被淹没在实验室的书本中，这是一个问题。

此外，一般来说，人们会害怕变化。说服整个研究小组采用一种新的软件是非常具有挑战性的，更有挑战性的是说服他们采用一套全新的数字流程。这是一项不能纯粹依靠技术的社会技术任务，如果我们要在这些领域取得改进，我们需要用户的支持和采纳。

我们需要尽早开始，教育我们的年轻研究人员，不仅要让他们认识到科学研究数字化的重要性，还要为他们提供实现这一努力的最佳方法和工具。

MC:总的来说，你认为COVID-19大流行对实验室的数字化有什么影响?

SK:我认为新冠肺炎在一定程度上促进了数字化，在某些领域的增长更为显著。当然，在开展研究活动中使用软件的情况要高得多，尽管我们的研究参与者(主要是博士生、早期职业研究人员和知名研究人员)发现，这主要集中在组织软件和通信软件上。不幸的是，数字化的许多障碍仍然存在，虽然COVID为一些改进铺平了道路，但我们还有很长的路要走。此外，在新冠疫情期间，一些系统作为必要条件迅速实施，因此确保它们长期适用非常重要。

有趣的是，我们观察到的一个主要变化是Juypter notebook(一种基于web的笔记本、代码和数据交互开发环境)的显著增加。然而，我不认为这是由于新冠疫情，他们只是碰巧与新冠疫情的时间尺度一致。但它确实表明，越来越多的科学家正在编写代码，并希望能够将他们的代码和数据存储在一起。它还表明，随着信息自然地与电子存储(例如，代码/数据集)对齐，科学家们正在使用数字工具。挑战在于将这种模式扩大到所有科学研究和数据，即使是那些不自然地与电子捕获相一致的数据。

我真正感兴趣的一件事，也是我接下来要调查的一件事，是与在大流行期间开始学习的学生一代交谈和调查，因为考虑到他们不会在一个以纸质实验室笔记本为标准的环境中开始学习，看看他们对数字化和数字工具使用的观点是否或如何不同，这将是非常有趣的。

MC:你能谈谈PSDI吗?它是什么?它的目标是什么?

SK:PSDI是物理科学数据基础设施的缩写，它最初是由英国工程和物理科学研究委员会资助的一个试点项目。PSDI旨在通过提供一个数据基础设施来加速物理科学及其他领域的研究，该数据基础设施汇集并构建了研究人员目前使用的现有数据系统。科学研究的许多领域正在发生数字化转型，但这种转型的支持和进展仍然是碎片化的。

PSDI将开发技术组件，将数据源连接在一起，并实现更好的数据可发现性和重用。然而，这不仅仅是建立技术;在社区中有大量的需求收集和利益相关者的参与，以及技术的培训和应用。

我们在试验阶段研究的领域之一是过程记录，我们建立在Frey小组成员(由Jeremy Frey教授)，并研究了过去几年的变化，特别是COVID以来的变化。过程记录是科学研究的核心，这将是未来PSDI工作的主线之一。

PSDI将为跨领域交流和分享最佳实践提供绝佳机会，以最大限度地提高我们的研究能力。

MC:在实验室进行电子实施需要哪些技术?

SK:我们需要集成软件来使现有的软件协同工作(例如，记事本软件和基于领域的软件)，以及为不同的物理科学社区的不同基于领域的需求提供专业软件。

我们需要数据标准和元数据的自动捕获。除此之外，我们还需要数据格式转换器，因为目前科学研究中的一个大问题是数据标准的缺乏和饱和，以及研究人员都在使用不同的标准或根本没有标准。我们不太可能说服整个社区使用一到两个标准，而且某些领域确实需要针对特定事物的特定标准。然而，如果我们能够确定数据和元数据最普遍的标准，并制定出如何在它们之间进行转换，这样数据就可以突然在多个软件包中使用(使用不同的标准)，不同的研究人员可以使用不同形式的数据与他们自己的数据链接，这将对数字化做出重大改进。

此外，我们需要丰富数据的语义，这涉及到识别相关的本体和识别可用模式中的空白。

最后，我们需要混合技术和各种数据捕获方法(包括纸质方法和语音)。我们的实验室不是完全数字化的最大原因之一是使用纸张比使用笔记本电脑或台式电脑更容易使用和许多其他功能。由于无法提出一种全新的人机工程学设计的计算机(这很可能在未来发生)，台式机或笔记本电脑在运行实验过程中如何很好地适应实验室工作流程是有限制的。然而，还有其他技术可以在这个地方使用;混合笔记本或智能笔记本，用户可以像在纸上一样在上面写字，这可能是一种以电子方式捕获信息的方式，用户喜欢以自由的方式传递信息。此外，语音的使用甚至排除了把东西写下来的要求。

MC:在你看来，你想象中的“未来实验室”会是什么样子?

SK:虽然我知道这是一个非常未来的愿景，并伴随着各种技术的改进(例如，语音识别，手写识别，混合设备，数据标准的正式化等)的先决条件，但我诚实地看到未来的实验室是一个充满技术和机会的实验室。

就像智能家居在当今社会已经变得司空见惯一样，智能实验室也将如此。用户将能够使用智能实验室助手通过语音控制他们的实验室，所有实验室系统将无缝连接在一起，用户将有多种选择通过语音、平板电脑、电话或电脑记录他们的数据。我认为PSDI将在帮助我们实现这一愿景方面发挥重要作用。

为了读者的兴趣，关于智能实验室，我们已经在与我们的talk2lab项目．

Samantha Kanza博士接受了技术网络高级科学作家Molly Campbell的采访。188金宝搏备用