实验室的未来

实验室的未来 本报告是ArupForesight、ResearchandInnovation和ArupScienceandIndustry团队在全球范围内合 作的产物。我们要感谢所有贡献者的意见和建议。 Foresight是Arup的内部智囊团和咨询公司，专注于建筑环境和整个社会的未来。我们帮助组织了解趋势，探索新想法，并从根本上重新思考其业务的未来。我们开发了 “设计远见”，它使用创新的设计工具和技术，以带来新的想法的生活，并使所有利益相关者参与有关变革的有意义的对话。 欲了解更多信息，请发送电子邮件至foresight@arup.com 首次制作2018年9月修订前言 2020年10月 13FitzroyStreet伦敦 W1T4BQarup.comdriversofchange.com ©Arup2020 Contents 执行摘要6 关键要点7 塑造未来的司机科学研究8 迈向新的科学51 研究生态系统 未来科学研究生态系统的要素©Arup 关于Arup66 前言 JenniferDiMambro美洲科 学、工业和技术商业领袖， Arup 这场大流行将全世界的目光投向了科学研究。很少有科学家拥有如此高的公众知名度 -无论是传染病专家，疫苗研究人员还是公共卫生专家。然而，对科学研究设施和 制药行业可能还会到来。 首先，世界上许多研究界的注意力都集中在为COVID-19寻找有效疫苗和治疗方法的竞赛上。大流行已经是全球经济增长最快的部门之一 增加对药物和生物医学研究的需求。一个关键的挑战将是确保每个人都能大规模获得治疗。 但研究实验室和设施也不能幸免于COVID-19 的影响。 cCoreySeeman,CCBY-NC-SA2.0 So,second,theindustrywillhavetoimplementchangesinoperationalprotocolsaswehaveseeninothersectors.Given COVID-19聚焦于关键基础设施的焦点是，确保研究机构安全和有弹性的工作环境的必要性更为重要。 第三，非实验室类型有机会学习实验室采用的生物安全设计要求。 从增加室外空气通风率到优化空气流动模式，24/7系统运行，以及在占用空间中添加紫外线照射，其他类型的交叉施肥和交叉创新都有潜力。 现在说“城市实验室校园”是否像克里克研究所在 伦敦将成为过去或未来的典范。虽然我们必须考虑人的密度和波动， 科学研究需要更加可见在不确定的时候透明。 在世界各地的实验室进行的研究对人类的共同未来至关重要。合作，已经 全球研究网络的基石从未如此重要，看到科学界走到一起令人振奋 支持关键研究。 4 实验室的未来 左：南洋技术的跨学科研究生院“蜂巢” 大学在新加坡5 Executive摘要关键要点 GereonUerz博士 欧洲前瞻领先，Arup 科学与地点 从历史上看，研究设施的重点一直是科学，以及建筑物提供所需功能的能力。虽然这仍然很重要， 在地点和位置以及用户体验和福祉方面，将更加强调用户需求。 科学和研究是解决人类最大挑战的关键。它们在创造当今世界及其在未来发展中的作用方面具有开创性 因此，为科学研究和研究人员创造良好的空间和环境将变得更加重要。 随着科学面临的挑战和应对挑战的方法变得越来越多 复杂和相互联系，研究人员越来越跨学科，领域和边界。技术，如 作为人工智能，机器人和自动化，云计算和基于网络的平台使新形式的研究。 这些技术不仅影响了科学家的工作方式，而且影响了实验室内外科学发生的空间。 在某些方面，科学的自动化和数字化意味着一些研究人员在传统实验室环境中花费的时间更少，而在基于桌面和协作的空间中工作的时间更多。开源工具使 更好地获取科学知识、工具和数据，并推动公民更多地参与科学进程。 新型研究设施，如共同工作空间、孵化器中心和 DIY实验室完全为实验室外的研究提供了空间。这种趋势正在破坏机构实验室的主导地位，使其成为唯一可以进行科学活动的合法场所，从而将创新的地理位置转移到城市，分散，非正式和共享的空间。 通过采访和2017年11月在伦敦举行的研讨会,与行业和学术界的专家进行的对话为调查结果提供了信息。 在整个报告中，见解分为三个主题：人员与协作；空间与运营；以及基础设施和场所。这些主题被用作镜头 探索科学研究空间的未来需求以及其中的人类经验。 适应性空间 替代场所 数字化 联网空间 科学的专业化和多样化不断增长。随着对高度专业化空间的需求 ，研究设施的设计将变得更加通用。这些高度适应性的空间将侧重于技术和工具，而不是针对特定科学分支的定制设计。 在城市化和不断增加的连通性的推动下，该实验室可能是一群志同道合的组织和空间，而不是单一的连贯建筑。新兴的基于云的实验室，生活实验室以及DIY和共同工作空间将为研究人员提供机构框架之外的设备和科学社区。 数字技术正在从根本上改变科学的实施方式，拥有强大的新工具来收集，分析和共享数据。随着机器人重复 或危险的任务-没有人为干预 -实验可以远程监控，进一步挑战“传统”实验室建筑的概念 。 数字连接正在扩大科学研究的全球性和网络化。尽管物理实验室和专用设备仍然需要，但研究人员将有更多选择 完全在机构之外工作，从物理远程位置实时运行。 6实验室的未来7 塑造科学研究未来的驱动因素更多私人资助的研究 上个世纪支撑科学探究的组织结构和资助模式是 从根本上改变。私人资助的研究机构越来越普遍 。大学和制药等私人公司之间的公私研究伙伴关系正在 数据以收集新颖的见解。这已经在遗传分析中用于解释遗传物质和开发新的疗法。此外，基于云的技术和研究平台正在使科学家 定制和控制所有这些技术，以及与远程协作者共享和访问数据。 一系列全球相关的长期- 术语变化以及特定部门的驱动因素正在改变科学研究生态系统。它们正在重塑科学研究和科学家未来的工作环境，并塑造科学研究议程，科学研究本身及其方法和执行。 未来的科学研究议程 科学研究的议程在很大程度上受到一系列全球大趋势的支撑。这些范围从 人口变化，如人口增长，城市化，老龄化社会和慢性病发病率增加 气候变化、自然灾害、加速资源枯竭和环境破坏等。 科学的未来方向在很大程度上是由应对这些挑战的迫切需要驱动的，而科学研究的形式正在通过更广泛的文化和技术变革进行改革。与应对这些挑战相关的复杂性将要求科学形成新的 跨地域、政治、组织和学科边界的伙伴关系1 科学地理的转变 随着这些全球趋势和相关的新兴优先事项，科学研究的地理正在发生变化。虽然发达工业经济体传统上主导着全球科学地图，但像中国这样的新强国 和印度已成为重要的研究和创新中心。技术和通信的进步以及资本流动和人员流动的自由化使全球研究的空间重组得以实现。 因此，科学生态系统正在从由美国，英国，德国，俄罗斯和日本主导的金字塔结构转变为具有多个较小的，相互联系的卓越中心的网络模型。通常，这些新中心将根据当地因素，例如社会经济，地缘政治或环境问题，根据国家或地理优先事项处理关键的利基。 大学寻找替代资金来源的兴起。这些伙伴关系会影响获得资助的研究项目的类型以及研究发现的应用方式，有时会将研究格局转向应用研究的增加。3在较小但并非微不足道的规模上，学术出版模式是 还被开放的出版平台所破坏，这些平台提供了更便宜，更快的方式来发布和访问研究结果。 数字化和自动化推动分析研究 数字和技术进步对研究的进行方式产生了巨大的影响。机器人技术，自动化和人工智能为科学家提供了超越人类可能的新的探究和分析能力。实验室中的自动化使 研究人员在很长一段时间内进行精确精确的复杂大量实验。在某些情况下，这将导致机器人取代人类 在实验室中执行常规和高技术任务。自动化与人工智能和机器学习相结合，使研究人员能够进行高级分析 竞争加剧，上市时间缩短 随着科学的数字化和新的工作方式，将研究从早期调查转移到 出版物或市场准备开发正在迅速减少。随着大学在经济发展中发挥更大的作用，以及私营企业在研发方面投入巨资，创新和商业化研究的压力正在增加。研究人员和研究机构之间的竞争正在利用科学领域的“下一件大事”正在推动新的商业生态系统 加速器和初创公司，进一步模糊了业务和研究之间的界限 。 对于未来的科学研究设施，这意味着重新思考如何以及在哪里进行研究，以及建筑物如何能够促进或阻碍创新过程。为了设计未来的实验室，需要了解空间如何影响和告知创新活动。这种新型工作所需的空间类型将看起 来和 功能与我们今天在实验室中发现的空间非常不同。 8实验室的未来9 科学研究随着时间的推移 1687 自然数学原理（自然哲学的数学原理） 1763 N.Jacquin在前匈牙利建立了第一个教学实验室 科学家一词取代了更一般的“ 自然哲学家”和 专业培训课程的发展 1975 EdRoberts创建了第一台供私人使用的计算机 1543 哥白尼日中心主义 第一批科学家能够 以科学研究为生 第一台机械计算机的发展 1776 独立宣言 -哲学思想在政治和经济中的重要性 1858 达尔文进化论的出版 1990 美国人类基因组计划的开始 前科学现代物理现代化学现代先进的生物学技术 个人对“世界如何运作”的兴趣基于经验 ~17世纪试图解释基于物理的世界 ~18世纪 实际实验证明理论背景 ~19世纪的生物作为科学的对象 ~21世纪 应用和跨学科研究的增加 Focus Methods Mindset 机构 Funding 空格 好奇心实用性机会 经验主义观察 科学起源于哲学/宗教背景宗教和科学 属于一起 个人动机/好奇心 教堂和法院很少有科学研究中心 公共资金（国家）教会皇室(贵族法院) 自然观察（通常没有专用房间/设施） 私人住宅教堂/修道院 天文分子原子机制 数值方法数学观察 机械线性视图归纳法宗教与科学的分离 大学很少/选定的研究协会专注于特定领域的研究/主题 公共资金（国家）私人捐助者教会 版税 研究设施/大学在贸易十字路口附近安顿下来私人住宅教堂 炼金术 物质的自然转化研究 （化学物质和反应）实践实验机会发现 线性视图归纳法 大学很少/选定的研究协会学术和工业背景 公共资金私人捐助者教会 版税 私人住宅 实验室作为公共研究设施的一部分，建立第一个所谓的实验室 医学进化动物学植物学遗传学 观测测量比较 线性视图归纳法 大学开始在私营公司进行研究工作 公共资金私人捐助者教会 版税 实验室作为公共研究设施的一部分，传统实验室的普遍性（设计用于重复的桌面实验） 单功能 工程技术农业 医学和生物学人类定量分析和定性方法 技术观点对社会的影响 公立和私立大学 研究机构行业/私营公司（研究部） 公共资金 工业(私营部门)非营利/慈善组织 新型实验室（开放和灵活 ）单功能科学园的消亡（包括公共和私营部门研究的合作） 城市文脉 本时间表说明了科学研究的发展，包括研究重点 ，方法和一些关键里程碑。它涵盖了我们来自哪里，而本报告的其余部分则考虑了我们的发展方向。 科学研究生态系统远远超出了实验室的物理空间。在许多事情中，它包括使研究成为可能的人 ，科学发现的地方 发生，以及维持创新所需的基础设施。只有认识到这个生态系统的范围，我们才能开始 理解人、空间和环境之间复杂的相互作用，以及我们创造的空间如何对这些不同的需求和欲望做出有意义的反应。 以下部分介绍了影响科学研究生态系统的三个关键主题：人与协作，空间与操作以及基础设施和场所。这些主题被用作镜头，我们可以通过这些镜头来关注科学研究空间的未来需求及其内部的人类经验。 10未来实验室11 人员和协作 从从业者的角度来看，本节将探讨不断变化的需求，不同的工作方式以及研究环境中人们所需要的未来技能。 关键驱动因素是研究的跨学科性质和公众对科学的日益参与。 ©Arup