Biokemiallisten kokeiden automatisointi Silicon Valleyn innovaattorille

LeverX kehitti kattavan alustan, joka automatisoi täysin biokemiallisten kokeiden menettelyt, minkä ansiosta asiakas pystyi yli kaksinkertaistamaan suoritettujen kokeiden määrän ensimmäisen kuuden kuukauden aikana ja lyhentämään uusien yhdisteiden synteesisykliä.

Asiakas ja haaste

Asiakas on Piilaakson innovaattori, jonka osasto on erikoistunut uusien menetelmien löytämiseen biokemiallisten yhdisteiden syntetisointiin. Heidän tärkeimpiä asiakkaitaan ovat lääkeyritykset ja puolustukseen liittyvät organisaatiot, mikä asettaa suuria vaatimuksia tulosten nopeudelle ja luotettavuudelle.

Ennen kuin asiakas otti yhteyttä LeverXiin, se suoritti biokemiallisia kokeita manuaalisesti, mikä liiketoiminnan kasvaessa kävi yhä aikaa vievämmäksi ja kalliimmaksi ja aiheutti useita kriittisiä ongelmia. Asiakas oli kriittisessä tilanteessa, sillä hänellä oli vain 12 kuukautta aikaa ottaa ratkaisu käyttöön valtionavustuksen turvin ja riittävän rajallisella budjetilla.

Keskeiset haasteet:

• Kohdemolekyylien kehittämisen hidastuminen: Manuaaliset synteesityönkulut, jotka edellyttivät lukuisia iteraatioita ja monimutkaisia laskutoimituksia, johtivat uusien yhdisteiden pitkiin kehityssykleihin.
• Korkea työintensiteetti ja rajallinen skaalautuvuus: Kokeiden suunnittelun ja toteutuksen manuaalinen luonne rajoitti tutkijoiden työn skaalautuvuutta ja aiheutti pullonkauloja löytöprosesseihin.
• Toistettavuuteen ja tietojen laatuun liittyvät ongelmat: Manuaalisesti suunnitellut ja toteutetut reaktiot eivät usein olleet toistettavissa, varsinkaan eri laboratorioissa, joissa oli erilaiset laitteet, mikä vaikutti tulosten luotettavuuteen ja tarkkuuteen.
• Yhtenäisen tietokannan puuttuminen: Kokeiden aikana saatuja tietoja ei ollut systematisoitu yhteen tietokantaan, mikä esti aiempien tulosten käytön uuden tutkimuksen vauhdittamiseksi.
• Suuri inhimillisten virheiden riski: Monivaiheisen synteesin monimutkaisuus teki prosessista alttiin inhimillisille virheille missä tahansa vaiheessa, mikä saattoi johtaa merkittäviin viivästyksiin tai vaatia täydellistä uudelleenkäynnistystä.

Menetelmä ja lähestymistapa

Näiden kriittisten ongelmien edessä asiakas kääntyi LeverXin puoleen. Reagoidakseen nopeasti kriittiseen tilanteeseen asiakas järjesti kaksipäiväisen työpajan, jossa tiimimme esitteli korkean tason arkkitehtuurin tulevaa ratkaisua varten. Asiakas oli vaikuttunut huolellisesta lähestymistavastamme ja selkeydestämme, ja siksi hän antoi meille tehtäväksi projektin jatkokehityksen.

Päätehtävämme oli kehittää ja käynnistää ratkaisu tiukassa aikataulussa ja budjetissa. Tämän mahdollistamiseksi LeverX sovelsi ketterää lähestymistapaa ja jakoi kehitysprosessin seuraaviin viiteen vaiheeseen:

1. Löytäminen ja vaatimusten kerääminen: Teimme asiakkaan kanssa aktiivista yhteistyötä tavoitteiden, odotusten ja menestysmittareiden selvittämiseksi, teimme perusteellista tutkimusta ja toteutettavuustutkimuksia sekä järjestimme työpajoja vaatimusten keräämiseksi ja projektin laajuuden tarkentamiseksi.
2. Ratkaisun suunnittelu: Hyödynsimme monialaista asiantuntemustamme, mukaan lukien BA:t, ratkaisuarkkitehdit ja UI/UX-suunnittelijat, kehitellessämme rautalankamalleja, käyttäjäpolkuja ja interaktiivisia prototyyppejä varhaista validointia varten. Seuraavaksi loimme skaalautuvia järjestelmäarkkitehtuureja, joissa keskityttiin tuleviin parannuksiin.
3. Ketterä kehitys ja toimitus: Järjestimme useita Scrum-tiimejä, joilla oli omat vastuualueensa, kuten UI/UX, liiketoimintalogiikan kehittäminen ja järjestelmäintegraatio, ja toimitimme toiminnallisia moduuleja sprinttien aikana asiakkaan antaman jatkuvan palautteen perusteella.
4. Laadunvarmistus ja testaus: Tiimimme suoritti automaattisia ja manuaalisia testejä, mukaan lukien yksikkö-, integrointi- ja suorituskykytestit. Validoimme tietoja reaaliaikaisesti, mikä tarkoitti suurten telemetria- ja massaspektrometriatietoaineistojen käsittelyä ja todentamista.
5. Käyttöönotto ja tuki: Tässä vaiheessa toteutettiin ratkaisun käyttöönotto ja sen jatkotuki.

Pystyimme saavuttamaan asiakkaan tavoitteet, joihin kuuluivat mm. seuraavat:

• Biokemiallisten synteesimenettelyjen automatisointi alusta loppuun molekyylisuunnitteluun, asetusten tekemiseen, suorittamiseen ja kokeiden analysointiin tarvittavan ajan vähentämiseksi.
• Robottilaitteiston käytön optimointi, mikä mahdollisti jopa viiden kokeen suorittamisen samanaikaisesti, mikä lisäsi tuottavuutta.
• Luodaan alusta, joka pystyy käsittelemään kasvavaa työmäärää ja monimutkaisia biokemiallisia synteesiprosesseja.
• Integroitiin saumattomasti olemassa oleviin järjestelmiin, kuten kaavojen suunnittelutyökaluihin ja massaspektrometriaohjelmistoihin, yhtenäisen työnkulun luomiseksi.
• Kehitettiin alusta, joka voitiin ottaa käyttöön ja testata täysin etänä, mikä ratkaisi COVID-19-pandemian aiheuttamat ongelmat.
• Ratkaisun onnistunut toteuttaminen myönnetyn budjetin ja tiukkojen määräaikojen puitteissa.

Ratkaisu

Kaksipäiväisessä työpajassa esitellyn arkkitehtuurin perusteella ja lähestymistapamme vaikutuksen jälkeen asiakas uskoi hankkeen toteutuksen meille. LeverX kehitti ja toimitti tiukassa aikataulussa ja rajallisella budjetilla markkinakelpoisen ratkaisun - alustan, joka automatisoi biokemiallisen koesyklin täysin.

Ratkaisun keskeiset moduulit:

• Tekoälyavusteinen reittisuunnittelu: Tekoälyalgoritmit ehdottavat optimaalisia synteettisiä reittejä, mikä vähentää suunnitteluun tarvittavaa aikaa ja resursseja.
• Koeautomaatio: Alusta kääntää JSON-konfiguraatiot roboteille annettaviksi komennoiksi ja integroituu omiin robottikomplekseihin.
• Rinnakkainen suoritus: Järjestelmä mahdollistaa jopa viiden kokeen suorittamisen samanaikaisesti, mikä maksimoi laitteiston käytön ja läpimenon merkittävästi.
• Massaspektrometrian integrointi: Analyysitulokset tuodaan automaattisesti alustaan, mikä vähentää manuaalista tietojenkäsittelyä.
• Telemetriatietojen keruu ja käsittely: Alusta kerää ja käsittelee antureiden telemetriatietoja reaaliajassa, mikä mahdollistaa tehokkaan visualisoinnin ja analysoinnin.
• Automatisoitu raportointi ja palautesilmukat: Käsitellyt tiedot muunnetaan yksityiskohtaisiksi raporteiksi. Oivallusten perusteella järjestelmä voi ehdottaa parametrien säätöjä tai uusia koekokoonpanoja.
• Yhtenäinen tietokanta: Yhtenäisen tietokannan luominen mahdollisti kokeellisten tietojen systematisoinnin, mikä tarjosi arvokkaita analyyttisiä oivalluksia, joita ei aiemmin ollut saatavilla.

Teknologiapino

Alusta kehitettiin käyttäen seuraavaa teknologiapinoa:

• Tietokanta: PostgreSQL.
• Backend: Python (ydinliiketoimintalogiikka) ja GoLang (agentit).
• Frontend: React / Redux.
  

Tulokset

LeverX toimitti asiakkaalle hyvin harkitun ratkaisun. Hanke käynnistettiin onnistuneesti sovitussa aikataulussa ja budjetissa.

Asiakas saavutti seuraavat mitattavat tulokset:

• Lisääntynyt läpimeno: Ensimmäisten kuuden kuukauden aikana ratkaisun käyttöönoton jälkeen valmistuneiden kokeiden määrä yli kaksinkertaistui työnkulun automatisoinnin ja tehtävien rinnakkaisen suorittamisen ansiosta.
• Nopeutettu löytöaika: Suunnittelun, toteutuksen ja tietojenkäsittelyn automatisointi vähensi merkittävästi manuaalista työtä ja nopeutti synteesisykliä.
• Parempi tarkkuus ja toistettavuus: Reaaliaikainen tiedonkeruu ja automatisoitu raportointi minimoivat inhimilliset virheet ja lisäsivät tulosten luotettavuutta.
• Yhden totuuden lähteen luominen: Tietojen keskittämisen ansiosta päätöksenteon perustaksi saatiin analyyttisiä oivalluksia, joita ei aiemmin ollut saatavilla.
• Rajoitteiden voittaminen: LeverX suoriutui menestyksekkäästi haasteesta, joka liittyi ratkaisun kehittämiseen ja käyttöönottoon erittäin tiukassa aikataulussa ja rajallisella budjetilla.