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人人都能共享实验室?力扬LABVO智能型实验室探秘

彭承文 2020-02-11 阅读: 685 次

提起最炫酷的实验室,相信许多人的脑海中第一时间都会想到科幻电影《钢铁侠》中的场景。钢铁侠的实验室中不但有各种黑科技设备,能够推演、验证各种科学概念,而且还有人工智能助手Javis帮助主人随心所欲地驾驭各种实验工具。

实验室是科研发展的摇篮,绝大多数改变世界的科学发现都是从实验室中走出来。然而长久以来,由于科学创新的门槛很高,实验室往往成为资金雄厚的大企业才有实力拥有的资源。对于广大中小企业和初创企业而言,从零开始搭建实验室进行研发创新的成本太高。

有没有可能从实验室基础设施的角度,降低企业科技创新的门槛?一些有理想的实验室自动化企业已经在引领共享实验室领域上进行了探索。

力扬与LABVO TECH的梦想:人人都能共享的实验室

去年第四季,在2019北京分析测试学术报告会暨展览会 (BCEIA 2019) 上,力扬企业有限公司亮相了旗下子公司LABVO TECH的智能型实验室(SmartLab)。

在BCEIA这个中国分析测试领域规模最大、最具影响力的国际性学术会议及展览会上,力扬展示的LABVO智能型实验室是目前智能化实验室领域的领先成果,体现了“人机合一、智能引导、精准预测、资源共享”等特点,吸引了众多业内人士的高度关注。

然而对于力扬来说,这只是其在重大行业展会舞台上的初试啼声。作为业内领先的实验室自动化解决方案供应商,力扬的梦想是在行业内大力推广共享实验室,帮助各行各业的企业研发人员显着降低实验室的使用门槛,让“人人都能使用实验室”的梦想成为现实。

一直以来,企业的市场地位与其研发投入成正比。在历年欧盟工业研发投资排名中,全球研发投入排名前列的公司也占据着科技领域的霸主地位。在制药领域,罗氏、强生、默克、诺华、辉瑞等医药巨头动辄几十亿欧元的年研发投入背后,是遍布全球的研究院、实验室等科研机构。

【图片来自《2018年欧盟工业研发投资排名》】

相对来说,中小企业和初创企业科技创新和试错的成本则要高得多,不可能不计成本进行研发创新。力扬开创性地提出共享实验室的模式,就是希望为中小企业提供更便利的科研创新条件。

与传统实验室固定流程、固定设备、单一实验目的不同的是,LABVO智能型实验室将实验室的核心功能模块打散,自由灵活地配置,提高实验室应对高难度、复杂性的能力。LABVO智能型实验室采用蜂窝形实验台设计,每个实验台整合一台仪器,作为一个单独基本单元操作。通过各单元自由组合,一个SmartLab可整合出满足不同实验流程的共享平台。

LABVO智能型实验室这种蜂窝单元的设计理念,一方面让实验室可以灵活配置,符合中小企业的定制化需求,另一方面还能通过与各行各业合作伙伴的密切协作,打通特定行业的标准流程,降低特定行业、产品的研发门槛。

【LABVO智能型实验室模型】

人机合一的智能化实验室平台

除了共享模式降低门槛,力扬在智能化实验室方面的探索也处在行业领先地位。长久以来,孤独和枯燥都是实验室工作的代名词。随着尖端领域实验复杂程度一再提升,样品量规模持续上涨,实验设备不断朝着功能多样性及仪器精准性方向发展,同时也将传统实验室管理模式推到了变革的风口。

虽然很多实验室已经用上了越来越高端的设备,但如何发挥这些设备的最大功效,帮助科研人员更高效地完成实验任务,成为行业难题。很多传统管理模式下的实验室还是靠人工记录数据,不可避免出现遗漏和差错。尤其当实验结果与目标不符时,无法有效追踪流程数据找到原因。当同时进行多项实验时,实验资源无法高效共享,导致实验设备的利用效能低。

过去20年,力扬企业有限公司已经在制药、医疗、材料、石油化工等行业已累积了数千家用户,并同用户一道建立和规范了实验室自动化的使用标准。此次推出的LABVO智能型实验室的一大特点是人机合一,这也是传统实验室的痛点。LABVO智能型实验室是一整套结合软硬件的实验室自动化解决方案,并汇集了AI、云计算、智能设备以及混合现实技术等。

LABVO智能型实验室的核心——智能管理系统SmartAssistant,包含 了SmartGuide、SmartLogistic、AutoStep、SmartMatch、SuperVision五大功能单元。SmartAssistant可以辅助实验人员完成自动化采购、实验步骤指导、最优资源排程、全流程数据可回溯等功能,覆盖从科研人员走进实验室到实验项目完成的实验全链条。

走进SmartLab,研究人员只需戴上Hololens MR头显,就进入了SmartAssistant全程指导的实验过程。

实验前一天,SmartLogistic会预先检查并计算实验所需物料,当数量不足时,会自动下单补充库存。SmartGuide则会自动检查需要用到的实验部件是否正常连接,如有异样会自动联系技术人员,确保在实验进行前完成修理。

在实验过程中,SmartGuide会利用混合现实技术指导整个实验流程,提示每一步的操作,还可以显示SmartLab中的仪器状态、运作中的参数、实际用料消耗并预测实验完成的时间。当同一个SmartLab中同时进行多组实验时,常用的仪器必然会共享。AutoStep会按最优排程安排流程并分配仪器,令不同的实验可以同时进行。

实验进行中,通过在不同的位置设置多个高质镜头,SuperVision还可以精准回溯实验流程,这样既可以方便后续培训,又能够让远程研究人员透过SuperVision Mobile以第一人称视角参与实验,实现多地区协作。SmartMatch则会收集可能影响结果的原始数据,为后续实验提供建议,甚至是在实验开始之前就提示工作人员有哪些地方可能出现问题。

从数据管理入手,推动中国实验室变革

“在实验室自动化领域,国内与欧盟、日本等先进国家在硬件方面差异不大,差距就在于数据完整性、人机一体化的程度以及操作流程的标准化。”力扬企业有限公司CEO黄凯扬对趣味科技表示。

过去20年,国内实验室的自动化程度经历了从人工手动到分析仪器普及,再到目前向智能化、自动化实验室演变的大趋势。黄凯扬认为,未来智能化实验室有几大趋势:共享模式、人机合一、全流程数据可追溯以及远程协作。

其中最重要的是实验流程数据的收集、整理和分析。只有将每一个仪器的每一步操作、时间、速度等所有参数都精准记录下来,回溯错误、优化流程、提升协作效率才有可能。

这也正是力扬推出LABVO智能型实验室的初衷。将复杂的设备整合、流程尽可能标准化,交给机器去做,人负责更有创造性的部分。“这样研究人员可以不用再去管这些工具是怎么诞生的,工具是通过什么原理工作的,只需要关注实验本身就行。”黄凯扬说道。

【力扬研究员正在进行TCM中药提取实验 (左) QueChERS农产品检测实验(右)】

BCEIA展会上,力扬的三位研发人员亲身演示了在SmartAssistant系统的帮助下,同时进行TCM中药提取实验、QueChERS农产品检测实验和DNA检测实验三个不同的实验项目,不仅实现了资源共享,而且高效优质地完成了各自的实验成果。

通过Demo展示,研发人员验证了如何将SmartGuide的指导性、SmartLogistic的统筹性、AutoStep的智能性、SmartMatch的精准性和 SuperVision的协作性完美结合。

不过,真正落成一个全智能化和数字化实验室是一个漫长的过程,SmartAssistant的功能也将随着技术发展不断更新。“今天我们所看到的智能型实验室只是一个概念雏形,面对 5G 和人工智能快速发展的时代,智能型实验室的发展必将拥有无限可能。”黄凯扬指出。

让实验室研究资源共享并提高效能,让更多中小企业迈过搭建实验室的门槛,是力扬LABVO智能型实验室的最终目的。相信在力扬等行业领先解决方案提供商的推动下,真正共享模式的智能实验室将会越来越快地落地。

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