Bioloģisko eksperimentu automatizācija Silīcija ielejas inovatoram

LeverX izstrādāja visaptverošu platformu, kas pilnībā automatizēja bioķīmisko eksperimentu procedūras, kas ļāva klientam vairāk nekā divkāršot veikto eksperimentu skaitu pirmo sešu mēnešu laikā un saīsināt jaunu savienojumu sintēzes ciklus.

Klients un uzdevums

Klients ir Silīcija ielejas inovators, kura nodaļa specializējas jaunu bioķīmisko savienojumu sintēzes metožu atklāšanā. Tās galvenie klienti ir farmācijas uzņēmumi un ar aizsardzību saistītas organizācijas, kas izvirza augstas prasības attiecībā uz rezultātu ātrumu un uzticamību.

Pirms sazināšanās ar LeverX klients bioķīmiskos eksperimentus veica manuāli, kas, uzņēmumam attīstoties, kļuva arvien laikietilpīgāki un dārgāki, radot vairākas kritiskas problēmas. Klients atradās kritiskā situācijā, jo bija atvēlēti tikai 12 mēneši, lai uzsāktu risinājuma ieviešanu valdības dotācijas ietvaros un ar pietiekami ierobežotu budžetu.

Galvenie izaicinājumi:

• Mērķa molekulu izstrādes palēnināšanās: Manuālās sintēzes darba plūsmas, kas prasīja daudzas iterācijas un sarežģītus aprēķinus, noveda pie gariem jaunu savienojumu izstrādes cikliem.
• Liela darbietilpība un ierobežota mērogojamība: Eksperimentu izstrādes un izpildes manuālais raksturs ierobežoja zinātnieku darba mērogojamību un radīja vājās vietas atklāšanas procesos.
• Reproducējamības un datu kvalitātes problēmas: Rokas režīmā izstrādātās un izpildītās reakcijas bieži vien nebija reproducējamas, jo īpaši dažādās laboratorijās ar atšķirīgu aprīkojumu, kas ietekmēja rezultātu ticamību un precizitāti.
• Vienotas datu bāzes trūkums: Eksperimentu laikā iegūtie dati nebija sistematizēti vienotā datu bāzē, kas neļāva izmantot iepriekš iegūtos rezultātus, lai paātrinātu jaunus pētījumus.
• Augsts cilvēka kļūdas risks: Daudzpakāpju sintēzes sarežģītības dēļ process jebkurā posmā bija pakļauts cilvēka kļūdām, kas varēja izraisīt ievērojamu kavēšanos vai prasīt pilnīgu procesa atsākšanu no jauna.

Metodoloģija un pieeja

Saskaroties ar šīm kritiskajām problēmām, klients vērsās pie LeverX. Lai nekavējoties reaģētu uz kritisko situāciju, klients organizēja divu dienu semināru, kurā mūsu komanda iepazīstināja ar augsta līmeņa nākotnes risinājuma arhitektūru. Klients bija pārsteigts par mūsu rūpīgo pieeju un skaidrību, tāpēc uzticēja mums projekta turpmāko izstrādi.

Mūsu galvenais uzdevums bija izstrādāt un ieviest risinājumu īsā termiņā un budžetā. Lai to paveiktu, LeverX izmantoja Agile pieeju, sadalot izstrādes procesu šādos piecos posmos:

1. Atklājums un prasību apkopošana: Mēs aktīvi sadarbojāmies ar klientu, lai noskaidrotu mērķus, gaidas un veiksmes rādītājus, veicām padziļinātu izpēti un priekšizpēti, kā arī organizējām seminārus, lai apkopotu prasības un precizētu projekta apjomu.
2. Risinājuma izstrāde: Mēs izmantojām mūsu starpfunkcionālo kompetenci, tostarp BA, risinājumu arhitektus un UI/UX dizainerus, lai izstrādātu vadlīniju modeļus, lietotāju ceļojumus un interaktīvos prototipus agrīnai apstiprināšanai. Pēc tam mēs izveidojām mērogojamu sistēmas arhitektūru, koncentrējoties uz turpmākajiem uzlabojumiem.
3. Agile Development & Delivery: Mēs izveidojām vairākas Scrum komandas ar dažādiem pienākumiem, piemēram, UI/UX, biznesa loģikas izstrādi un sistēmas integrāciju, un piegādājām funkcionālos moduļus sprintos, pastāvīgi saņemot atgriezenisko saiti no klienta.
4. Kvalitātes nodrošināšana un testēšana: Mūsu komanda veica automātiskos un manuālos testus, tostarp vienības, integrācijas un veiktspējas testus. Mēs apstiprinājām datus reāllaikā, kas ietvēra lielu telemetrijas un masspektrometrijas datu kopu apstrādi un verifikāciju.
5. Izvietošana un atbalsts: Šajā posmā tika veikta risinājuma ieviešana un tā turpmākais atbalsts.

Mums izdevās sasniegt klienta mērķus, tostarp:

• Automatizēt bioķīmiskās sintēzes procedūras no sākuma līdz beigām, lai samazinātu laiku, kas nepieciešams molekulu projektēšanai, iestatīšanai, izpildei un eksperimentu analīzei.
• optimizēt robotizētās aparatūras izmantošanu, ļaujot vienlaicīgi veikt līdz pat pieciem eksperimentiem, kas palielināja produktivitāti.
• Izveidota platforma, kas spēj tikt galā ar pieaugošu darba slodzi un sarežģītiem bioķīmiskās sintēzes procesiem.
• Nevainojama integrācija ar esošajām sistēmām, piemēram, formulu projektēšanas rīkiem un masspektrometrijas programmatūru, lai izveidotu vienotu darba plūsmu.
• Izstrādāt platformu, ko var izvietot un testēt pilnīgi attālināti, tādējādi atrisinot COVID-19 pandēmijas izraisītās problēmas.
• Veiksmīga risinājuma ieviešana, ievērojot piešķirto budžetu un īsos termiņus.

Risinājums

Pamatojoties uz divu dienu seminārā prezentēto arhitektūru un iespaidots par mūsu pieeju, klients uzticēja mums projekta īstenošanu. Ievērojot īsus termiņus un ierobežotu budžetu, LeverX izstrādāja un piegādāja tirgum gatavu risinājumu - platformu, kas pilnībā automatizē bioķīmisko eksperimentu ciklu.

Galvenie risinājuma moduļi:

• Ar mākslīgo intelektu darbināms maršruta plānošana: Mākslīgā intelekta algoritmi iesaka optimālus sintētiskos maršrutus, samazinot projektēšanai nepieciešamo laiku un resursus.
• Eksperimentu automatizācija: Platforma pārvērš JSON konfigurācijas robotu komandās, integrējoties ar patentētiem robotu kompleksiem.
• Paralēla izpilde: Sistēma ļauj vienlaicīgi veikt līdz pat pieciem eksperimentiem, kas ievērojami palielina aparatūras izmantošanu un caurlaidspēju.
• Masu spektrometrijas integrācija: Analīžu rezultāti tiek automātiski importēti platformā, samazinot manuālo datu apstrādi.
• Telemetrijas datu vākšana un apstrāde: Platforma savāc un apstrādā telemetrijas datus no sensoriem reāllaikā, nodrošinot efektīvu vizualizāciju un analīzi.
• Automatizēta ziņošana un atgriezeniskās saites cilpas: Apstrādātie dati tiek pārvērsti detalizētos ziņojumos. Pamatojoties uz gūtajām atziņām, sistēma var ieteikt parametru korekcijas vai jaunas eksperimentālās konfigurācijas.
• Vienota datu bāze: Vienotas datubāzes izveide ļāva sistematizēt eksperimentālos datus, kas sniedza vērtīgu analītisku ieskatu, kas iepriekš nebija pieejams.

Tehnoloģiju kopums

Platforma tika izstrādāta, izmantojot šādu tehnoloģiju kopumu:

• Datu bāze: PostgreSQL.
• Backend: (galvenajai biznesa loģikai) un GoLang (aģentiem).
• Frontend: Priekšpuse: React / Redux.
  

Rezultāti

LeverX nodrošināja klientam labi pārdomātu risinājumu. Projekts tika veiksmīgi uzsākts noteiktajā termiņā un budžetā.

Klients sasniedza šādus izmērāmus rezultātus:

• Palielināta caurlaides spēja: Pirmajos sešos mēnešos pēc risinājuma palaišanas pabeigto eksperimentu skaits vairāk nekā divkāršojās, pateicoties darba plūsmas automatizācijai un paralēlai uzdevumu izpildei.
• Paātrināts atklāšanas laiks: Projektēšanas, izpildes un datu apstrādes automatizācija ievērojami samazināja manuālā darba apjomu un paātrināja sintēzes ciklus.
• Uzlabota precizitāte un reproducējamība: Reāllaika datu vākšana un automatizēta ziņojumu sagatavošana līdz minimumam samazināja cilvēka kļūdu skaitu un palielināja rezultātu ticamību.
• Vienota patiesības avota izveide: pateicoties datu centralizācijai, analītiskās atziņas, kas iepriekš nebija pieejamas, kļuva par pamatu lēmumu pieņemšanai.
• Ierobežojumu pārvarēšana: LeverX veiksmīgi tika galā ar izaicinājumu izstrādāt un ieviest risinājumu ļoti īsā termiņā un ar ierobežotu budžetu.