人人都能共享實驗室？力揚(yáng)LABVO智能型實驗室探秘

提起最炫酷的實驗室，相信許多人的腦海中第一時間都會想到科幻電影《鋼鐵俠》中的場景。鋼鐵俠的實驗室中不但有各種黑科技設(shè)備，能夠推演、驗證各種科學(xué)概念，而且還有人工智能助手Javis幫助主人隨心所欲地駕馭各種實驗工具。

實驗室是科研發(fā)展的搖籃，絕大多數(shù)改變世界的科學(xué)發(fā)現(xiàn)都是從實驗室中走出來。然而長久以來，由于科學(xué)創(chuàng)新的門檻很高，實驗室往往成為資金雄厚的大企業(yè)才有實力擁有的資源。對于廣大中小企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)而言，從零開始搭建實驗室進(jìn)行研發(fā)創(chuàng)新的成本太高。

有沒有可能從實驗室基礎(chǔ)設(shè)施的角度，降低企業(yè)科技創(chuàng)新的門檻？一些有理想的實驗室自動化企業(yè)已經(jīng)在引領(lǐng)共享實驗室領(lǐng)域上進(jìn)行了探索。

力揚(yáng)與LABVO TECH的夢想：人人都能共享的實驗室

去年第四季，在2019北京分析測試學(xué)術(shù)報告會暨展覽會 (BCEIA 2019) 上，力揚(yáng)企業(yè)有限公司亮相了旗下子公司LABVO TECH的智能型實驗室（SmartLab）。

在BCEIA這個中國分析測試領(lǐng)域規(guī)模最大、最具影響力的國際性學(xué)術(shù)會議及展覽會上，力揚(yáng)展示的LABVO智能型實驗室是目前智能化實驗室領(lǐng)域的領(lǐng)先成果，體現(xiàn)了“人機(jī)合一、智能引導(dǎo)、精準(zhǔn)預(yù)測、資源共享”等特點，吸引了眾多業(yè)內(nèi)人士的高度關(guān)注。

然而對于力揚(yáng)來說，這只是其在重大行業(yè)展會舞臺上的初試啼聲。作為業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的實驗室自動化解決方案供應(yīng)商，力揚(yáng)的夢想是在行業(yè)內(nèi)大力推廣共享實驗室，幫助各行各業(yè)的企業(yè)研發(fā)人員顯著降低實驗室的使用門檻，讓“人人都能使用實驗室”的夢想成為現(xiàn)實。

一直以來，企業(yè)的市場地位與其研發(fā)投入成正比。在歷年歐盟工業(yè)研發(fā)投資排名中，全球研發(fā)投入排名前列的公司也占據(jù)著科技領(lǐng)域的霸主地位。在制藥領(lǐng)域，羅氏、強(qiáng)生、默克、諾華、輝瑞等醫(yī)藥巨頭動輒幾十億歐元的年研發(fā)投入背后，是遍布全球的研究院、實驗室等科研機(jī)構(gòu)。

圖片來自《2018年歐盟工業(yè)研發(fā)投資排名》

相對來說，中小企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)科技創(chuàng)新和試錯的成本則要高得多，不可能不計成本進(jìn)行研發(fā)創(chuàng)新。力揚(yáng)開創(chuàng)性地提出共享實驗室的模式，就是希望為中小企業(yè)提供更便利的科研創(chuàng)新條件。

與傳統(tǒng)實驗室固定流程、固定設(shè)備、單一實驗?zāi)康牟煌氖?，LABVO智能型實驗室將實驗室的核心功能模塊打散，自由靈活地配置，提高實驗室應(yīng)對高難度、復(fù)雜性的能力。LABVO智能型實驗室采用蜂窩形實驗臺設(shè)計，每個實驗臺整合一臺儀器，作為一個單獨(dú)基本單元操作。通過各單元自由組合，一個SmartLab可整合出滿足不同實驗流程的共享平臺。

LABVO智能型實驗室這種蜂窩單元的設(shè)計理念，一方面讓實驗室可以靈活配置，符合中小企業(yè)的定制化需求，另一方面還能通過與各行各業(yè)合作伙伴的密切協(xié)作，打通特定行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)流程，降低特定行業(yè)、產(chǎn)品的研發(fā)門檻。

LABVO智能型實驗室模型

人機(jī)合一的智能化實驗室平臺

除了共享模式降低門檻，力揚(yáng)在智能化實驗室方面的探索也處在行業(yè)領(lǐng)先地位。長久以來，孤獨(dú)和枯燥都是實驗室工作的代名詞。隨著尖端領(lǐng)域?qū)嶒瀼?fù)雜程度一再提升，樣品量規(guī)模持續(xù)上漲，實驗設(shè)備不斷朝著功能多樣性及儀器精準(zhǔn)性方向發(fā)展，同時也將傳統(tǒng)實驗室管理模式推到了變革的風(fēng)口。

雖然很多實驗室已經(jīng)用上了越來越高端的設(shè)備，但如何發(fā)揮這些設(shè)備的最大功效，幫助科研人員更高效地完成實驗任務(wù)，成為行業(yè)難題。很多傳統(tǒng)管理模式下的實驗室還是靠人工記錄數(shù)據(jù)，不可避免出現(xiàn)遺漏和差錯。尤其當(dāng)實驗結(jié)果與目標(biāo)不符時，無法有效追蹤流程數(shù)據(jù)找到原因。當(dāng)同時進(jìn)行多項實驗時，實驗資源無法高效共享，導(dǎo)致實驗設(shè)備的利用效能低。

過去20年，力揚(yáng)企業(yè)有限公司已經(jīng)在制藥、醫(yī)療、材料、石油化工等行業(yè)已累積了數(shù)千家用戶，并同用戶一道建立和規(guī)范了實驗室自動化的使用標(biāo)準(zhǔn)。此次推出的LABVO智能型實驗室的一大特點是人機(jī)合一，這也是傳統(tǒng)實驗室的痛點。LABVO智能型實驗室是一整套結(jié)合軟硬件的實驗室自動化解決方案，并匯集了AI、云計算、智能設(shè)備以及混合現(xiàn)實技術(shù)等。

LABVO智能型實驗室的核心——智能管理系統(tǒng)SmartAssistant，包含 了SmartGuide、SmartLogistic、AutoStep、SmartMatch、SuperVision五大功能單元。SmartAssistant可以輔助實驗人員完成自動化采購、實驗步驟指導(dǎo)、最優(yōu)資源排程、全流程數(shù)據(jù)可回溯等功能，覆蓋從科研人員走進(jìn)實驗室到實驗項目完成的實驗全鏈條。

走進(jìn)SmartLab，研究人員只需戴上Hololens MR頭顯，就進(jìn)入了SmartAssistant全程指導(dǎo)的實驗過程。

實驗前一天，SmartLogistic會預(yù)先檢查并計算實驗所需物料，當(dāng)數(shù)量不足時，會自動下單補(bǔ)充庫存。SmartGuide則會自動檢查需要用到的實驗部件是否正常連接，如有異樣會自動聯(lián)系技術(shù)人員，確保在實驗進(jìn)行前完成修理。

在實驗過程中，SmartGuide會利用混合現(xiàn)實技術(shù)指導(dǎo)整個實驗流程，提示每一步的操作，還可以顯示SmartLab中的儀器狀態(tài)、運(yùn)作中的參數(shù)、實際用料消耗并預(yù)測實驗完成的時間。當(dāng)同一個SmartLab中同時進(jìn)行多組實驗時，常用的儀器必然會共享。AutoStep會按最優(yōu)排程安排流程并分配儀器，令不同的實驗可以同時進(jìn)行。

實驗進(jìn)行中，通過在不同的位置設(shè)置多個高質(zhì)鏡頭，SuperVision還可以精準(zhǔn)回溯實驗流程，這樣既可以方便后續(xù)培訓(xùn)，又能夠讓遠(yuǎn)程研究人員透過SuperVision Mobile以第一人稱視角參與實驗，實現(xiàn)多地區(qū)協(xié)作。SmartMatch則會收集可能影響結(jié)果的原始數(shù)據(jù)，為后續(xù)實驗提供建議，甚至是在實驗開始之前就提示工作人員有哪些地方可能出現(xiàn)問題。

從數(shù)據(jù)管理入手，推動中國實驗室變革

“在實驗室自動化領(lǐng)域，國內(nèi)與歐盟、日本等先進(jìn)國家在硬件方面差異不大，差距就在于數(shù)據(jù)完整性、人機(jī)一體化的程度以及操作流程的標(biāo)準(zhǔn)化?！绷P(yáng)企業(yè)有限公司CEO黃凱揚(yáng)對趣味科技表示。

過去20年，國內(nèi)實驗室的自動化程度經(jīng)歷了從人工手動到分析儀器普及，再到目前向智能化、自動化實驗室演變的大趨勢。黃凱揚(yáng)認(rèn)為，未來智能化實驗室有幾大趨勢：共享模式、人機(jī)合一、全流程數(shù)據(jù)可追溯以及遠(yuǎn)程協(xié)作。

其中最重要的是實驗流程數(shù)據(jù)的收集、整理和分析。只有將每一個儀器的每一步操作、時間、速度等所有參數(shù)都精準(zhǔn)記錄下來，回溯錯誤、優(yōu)化流程、提升協(xié)作效率才有可能。

這也正是力揚(yáng)推出LABVO智能型實驗室的初衷。將復(fù)雜的設(shè)備整合、流程盡可能標(biāo)準(zhǔn)化，交給機(jī)器去做，人負(fù)責(zé)更有創(chuàng)造性的部分?！斑@樣研究人員可以不用再去管這些工具是怎么誕生的，工具是通過什么原理工作的，只需要關(guān)注實驗本身就行。”黃凱揚(yáng)說道。

力揚(yáng)研究員正在進(jìn)行TCM中藥提取實驗 (左) QueChERS農(nóng)產(chǎn)品檢測實驗(右)

BCEIA展會上，力揚(yáng)的三位研發(fā)人員親身演示了在SmartAssistant系統(tǒng)的幫助下，同時進(jìn)行TCM中藥提取實驗、QueChERS農(nóng)產(chǎn)品檢測實驗和DNA檢測實驗三個不同的實驗項目，不僅實現(xiàn)了資源共享，而且高效優(yōu)質(zhì)地完成了各自的實驗成果。

通過Demo展示，研發(fā)人員驗證了如何將SmartGuide的指導(dǎo)性、SmartLogistic的統(tǒng)籌性、AutoStep的智能性、SmartMatch的精準(zhǔn)性和 SuperVision的協(xié)作性完美結(jié)合。

不過，真正落成一個全智能化和數(shù)字化實驗室是一個漫長的過程，SmartAssistant的功能也將隨著技術(shù)發(fā)展不斷更新?！敖裉煳覀兯吹降闹悄苄蛯嶒炇抑皇且粋€概念雛形，面對 5G 和人工智能快速發(fā)展的時代，智能型實驗室的發(fā)展必將擁有無限可能?！秉S凱揚(yáng)指出。

讓實驗室研究資源共享并提高效能，讓更多中小企業(yè)邁過搭建實驗室的門檻，是力揚(yáng)LABVO智能型實驗室的最終目的。相信在力揚(yáng)等行業(yè)領(lǐng)先解決方案提供商的推動下，真正共享模式的智能實驗室將會越來越快地落地。

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