凯实×浙大 | 《Device》发表封面成果：神经网络实时闭环控制实现激光功率CV sub-0.1%长期稳定

近日，浙江大学生物医学工程与仪器科学学院田良飞团队联合嘉兴凯实生物科技股份有限公司，在高端医疗仪器核心部件智能控制领域取得重要进展。相关研究成果发表于Cell Press旗下旗舰期刊《Device》。研究围绕流式细胞仪等精密检测装备中激光光源长期稳定运行的行业共性难题，创新提出神经网络辅助的实时闭环控制策略，为高端生物医学检测仪器的国产化、智能化与系统级稳定性提升提供了新的技术路径。

从真实仪器场景出发，破解激光长期稳定性瓶颈

半导体激光器是流式细胞仪、光谱检测、生物成像和精密测量设备中的核心部件。对于高端检测仪器而言，光源的长期稳定性直接决定信号重复性、定量准确性以及整机运行的可靠性。然而，传统PID控制方法在面对器件发热、环境温度变化和电子元件漂移等多重扰动时，往往难以持续适应复杂工况——固定增益的控制结构无法应对系统在连续运行中呈现的非线性、时变热特性。

针对这一挑战，团队从真实仪器运行场景出发，将温度调节、光功率反馈和电流驱动整合为统一的三环耦合控制架构，并引入长短期记忆网络（LSTM）动态优化PID控制参数。该LSTM神经网络预测器基于历史误差、积分项和微分项序列，在毫秒级时间尺度上实时预测并输出自适应PID参数，使系统能够根据运行状态进行前瞻性调节。论文实验数据显示，该控制器可实现输出功率变异系数（CV）低于0.05%、波动性低于0.4%的1小时稳定性指标；在8小时连续运行及10°C至40°C环境温度范围内，系统仍保持一致性表现。

浙江大学和嘉兴凯实团队在设计研发激光器的光学实验室的合影

凯实生物深度参与，打通从论文到产品的转化链路

该项成果是浙江大学与嘉兴凯实生物科技股份有限公司开展产学研深度融合的代表性案例。高校团队在智能控制算法、科学问题凝练和实验验证方面具有深厚的科研积累；而凯实生物长期面向生命科学仪器和体外诊断装备的真实应用场景，熟悉产品开发、工程实现、可靠性验证与用户需求。

双方围绕高端检测仪器中的关键瓶颈开展协同攻关，使科研问题不再停留于理论模型或单点实验，而是直接来源于真实仪器运行中的漂移、噪声、热扰动和长期稳定性等工程问题。在本研究中，嘉兴凯实生物科技股份有限公司不仅作为合作单位参与成果产出，更为研究提供了面向产业场景的仪器平台和工程化需求，深度参与了相关硬件设计、平台搭建和专利布局。值得一提的是，双方已就该LSTM神经网络自适应PID激光器控制算法联合申请发明专利，进一步夯实了从技术原创到知识产权保护的全链条布局。

浙江大学和嘉兴凯实团队以激光器为例探讨从科研创新到工程实践

面向真实问题的协同创新，赋能国产高端医疗装备

田良飞团队长期聚焦人工智能在生命科学仪器及其关键模块中的应用，注重从临床检测、产业应用和仪器开发中的真实需求凝练科学问题。团队已承担国家自然科学基金、国家重大研发项目等十余项，在国际权威期刊发表SCI论文50余篇，形成专利数十项。

此次登上《Device》封面的研究成果，已从算法和模块层面完成验证，并进一步集成至流式细胞仪平台，验证了其在实际检测系统中的应用价值。从国际期刊封面论文到高端医疗仪器应用，这一成果体现了浙江大学田良飞团队与嘉兴凯实生物在产学研融合中的共同探索。