Automatisering av biokemiska experiment för en innovatör i Silicon Valley

LeverX utvecklade en omfattande plattform som helt automatiserade förfarandena för biokemiska experiment, vilket gjorde det möjligt för kunden att mer än fördubbla antalet experiment som genomfördes under de första sex månaderna och förkorta syntescyklerna för nya föreningar.

Kund och utmaning

Kunden är en innovatör i Silicon Valley, med en division som specialiserar sig på att upptäcka nya metoder för att syntetisera biokemiska föreningar. Deras nyckelkunder är läkemedelsföretag och försvarsrelaterade organisationer, vilket ställer höga krav på snabbhet och tillförlitlighet i resultaten.

Innan LeverX kontaktades utförde kunden biokemiska experiment manuellt, vilket i takt med att verksamheten växte blev alltmer tidskrävande och kostsamt, vilket skapade ett antal kritiska problem. Kunden befann sig i en kritisk situation och hade bara 12 månader på sig att lansera lösningen med hjälp av ett statligt bidrag och med en tillräckligt begränsad budget.

Viktiga utmaningar:

• Långsamhet i utvecklingen av målmolekyler: Manuella arbetsflöden för syntes, som krävde många iterationer och komplexa beräkningar, ledde till långa utvecklingscykler för nya föreningar.
• Hög arbetsintensitet och begränsad skalbarhet: Den manuella utformningen och utförandet av experiment begränsade skalbarheten i forskarnas arbete och skapade flaskhalsar i upptäcktsprocesserna.
• Problem med reproducerbarhet och datakvalitet: Manuellt utformade och utförda reaktioner var ofta inte reproducerbara, särskilt inte i olika laboratorier med olika utrustning, vilket påverkade resultatens tillförlitlighet och noggrannhet.
• Avsaknad aven enda databas: Data som samlats in under experimenten systematiserades inte i en enda databas, vilket gjorde det omöjligt att använda tidigare resultat för att påskynda ny forskning.
• Hög risk för mänskliga misstag: Den komplexa flerstegssyntesen gjorde processen känslig för mänskliga fel i alla led, vilket kunde leda till betydande förseningar eller kräva en fullständig omstart.

Metodik och tillvägagångssätt

Ställd inför dessa kritiska problem vände sig kunden till LeverX. För att snabbt kunna hantera den kritiska situationen anordnade kunden en tvådagars workshop där vårt team presenterade en arkitektur på hög nivå för den framtida lösningen. Kunden blev imponerad av vårt noggranna tillvägagångssätt och vår tydlighet och anförtrodde oss därför den fortsatta utvecklingen av projektet.

Huvuduppgiften för oss var att utveckla och lansera lösningen inom en snäv tidsram och budget. För att göra detta möjligt använde LeverX ett Agile-tillvägagångssätt och delade upp utvecklingsprocessen i följande fem faser:

1. Upptäckt ochinsamling av krav: Vi samarbetade aktivt med kunden för att klargöra mål, förväntningar och framgångsmått, utförde djupgående forskning och genomförbarhetsstudier samt genomförde workshops för att samla in krav och förfina projektets omfattning.
2. Lösningsdesign: Vi utnyttjade vår tvärfunktionella expertis, inklusive BAs, Solution Architects och UI/UX-designers, för att utveckla trådramar, användarresor och interaktiva prototyper för tidig validering. Därefter skapade vi skalbara systemarkitekturer med fokus på framtida förbättringar.
3. Agil utveckling och leverans: Vi organiserade flera Scrum-team med olika ansvarsområden, t.ex. UI/UX, utveckling av affärslogik och systemintegration, och levererade funktionella moduler i sprintar med kontinuerlig feedback från kunden.
4. Kvalitetssäkring och testning: Vårt team utförde automatiserade och manuella tester, bland annat enhets-, integrations- och prestandatester. Vi validerade data i realtid, vilket innebar bearbetning och verifiering av stora datamängder från telemetri och masspektrometri.
5. Driftsättning och support: I detta skede genomfördes implementeringen av lösningen och dess fortsatta support.

Vi lyckades uppnå kundens mål, bland annat

• Automatisering av biokemiska syntesförfaranden från början till slut för att minska den tid som krävs för molekyldesign, installation, utförande och analys av experiment.
• Optimera användningen av robothårdvara, så att upp till fem experiment kan utföras samtidigt, vilket ökade produktiviteten.
• Skapa en plattform som kan hantera ökande arbetsbelastningar och komplexa biokemiska syntesprocesser.
• Sömlös integrering med befintliga system, till exempel verktyg för formeldesign och programvara för masspektrometri, för att skapa ett enhetligt arbetsflöde.
• Utveckla en plattform som kunde driftsättas och testas helt på distans, vilket löste de problem som orsakades av covid-19-pandemin.
• Framgångsrik implementering av lösningen inom ramen för den tilldelade budgeten och snäva tidsfrister.

Lösningen

Baserat på den arkitektur som presenterades under en tvådagars workshop, och efter att ha imponerats av vårt tillvägagångssätt, anförtrodde kunden oss genomförandet av projektet. Under en snäv deadline och med en begränsad budget utvecklade och levererade LeverX en marknadsklar lösning - en plattform som helt automatiserar den biokemiska experimentcykeln.

Viktiga lösningsmoduler:

• AI-driven ruttplanering: AI-algoritmer föreslår optimala syntetiska rutter, vilket minskar den tid och de resurser som krävs för design.
• Automatisering avexperiment: Plattformen översätter JSON-konfigurationer till kommandon för robotar och kan integreras med egenutvecklade robotkomplex.
• Parallell exekvering: Systemet gör det möjligt att köra upp till fem experiment samtidigt, vilket avsevärt maximerar hårdvaruutnyttjandet och genomströmningen.
• Integration av masspektrometri: Analysresultat importeras automatiskt till plattformen, vilket minskar den manuella datahanteringen.
• Insamling och bearbetning av telemetridata: Plattformen samlar in och bearbetar telemetridata från sensorer i realtid, vilket ger effektiv visualisering och analys.
• Automatiserade rapporterings- och återkopplingsslingor: Bearbetade data konverteras till detaljerade rapporter. Baserat på insikterna kan systemet föreslå parameterjusteringar eller nya experimentella konfigurationer.
• Enhetlig databas: Skapandet av en enda databas möjliggjorde systematisering av experimentella data, vilket gav värdefulla analytiska insikter som tidigare inte var tillgängliga.

Teknisk stack

Plattformen utvecklades med hjälp av följande teknikstack:

• Databas: PostgreSQL.
• Backend: Python (för kärnverksamhetslogik) och GoLang (för agenter).
• Frontend: React / Redux.
  

Resultat

LeverX försåg kunden med en väl genomtänkt lösning. Projektet lanserades framgångsrikt inom den överenskomna tidsramen och budgeten.

Kunden uppnådde följande mätbara resultat:

• Ökad genomströmning: Under de första sex månaderna efter att lösningen lanserats mer än fördubblades antalet slutförda experiment tack vare automatisering av arbetsflödet och parallellt utförande av uppgifter.
• Snabbare tid till upptäckt: Automatiseringen av design, utförande och databehandling minskade det manuella arbetet avsevärt och påskyndade syntescyklerna.
• Förbättrad noggrannhet och reproducerbarhet: Datainsamling i realtid och automatiserad rapportering minimerade mänskliga fel och ökade resultatens tillförlitlighet.
• Skapande av en enda sanningskälla: Tack vare datacentraliseringen blev analytiska insikter som tidigare inte var tillgängliga grunden för beslutsfattandet.
• Övervinna begränsningar: LeverX lyckades med utmaningen att utveckla och lansera lösningen under en mycket snäv deadline och med en begränsad budget.