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镁伽科技首席科学家王承志博士:智能自动化 生物学的工业革命 | WISE2021新经济之王大会

日期:2021年12月17日

12月13日-15日,36氪WISE2021新经济之王峰会在上海举行,今年我们以「硬核时代」为主题。“硬核”是当下时代和大环境带给中国新经济企业的挑战和机遇,一方面要求企业关注技术创新,找到自身“硬核”壁垒;另一方面要求企业回馈社会,展现更多“硬核”责任与担当。在从商业模式创新的“应用时代”迈向技术创新的“硬核时代”之际,我们与上百家硬核企业汇聚一堂,聚焦宏观政策、智能制造、半导体、新能源、新消费等热门赛道,全方位探讨各领域如何构建以创新驱动的硬核竞争力。


大会上,镁伽科技首席科学家王承志博士发表了题为《智能自动化:生物学的工业革命》的主题演讲。王承志博士认为:镁伽希望借助多年自动化和人工智能的技术能力、生命科学的行业经验积累,以及不断丰富强大的生命科学专家团队,为推动行业进阶贡献力量。镁伽一直坚守的初心就是做困难但有长期价值的事情,用科技创新让世界更美好、更健康。



王承志:非常谢谢主办方的邀请,也很高兴有机会来分享一下我们的工作。

今天我的题目有点大,生物学的工业革命。在过去一百年,我们的生活、世界发生了翻天覆地的变化。一百年前,全世界GDP总值是两千亿美金,今天已经接近了百万亿美金。所以在过去一百年,我们的物质生活得到了极大地丰富,那么过去取得的成就是怎么实现的?一个直观的现象是,一百年前生产一台汽车需要有几百个工人在所有产线上手工操作,但是今天任何一家汽车生产商都实现了全自动化生产线,几乎已经没有人工操作了,所以正是由于生产力极大地提升,带来了今天这样的生活。


由于财富急剧提升,过去一百年人类创造的财富超过了过去人类几千年创造财富的总和,我们也逐渐把眼光从外部投入到了自身,这使得20世纪生命科学得到了巨大的发展。上世纪末,我们把人类所有基因全部解码了,今天“元宇宙”特别火,在“元宇宙”里所有物体和东西都是代码。我们身处的宇宙可能也是一个“元宇宙”,我们也只是一段代码,但是了不起的是我们通过人类基因组计划把自己的代码解析了。


人类基因组计划集中了很多国家科学家的力量,大家集中力量把这个事情做成了,这可能是生物学有史以来最了不起的事件之一。当时人类基因组计划怎么实施的?大家可能觉得是特别高大上的事情,但实际上这些工作就是在生物实验室里完成的。事实上,你会发现一百年前的生物学实验室和今天生物学实验室的景象几乎没有什么变化。过去大家是摇试管、刷瓶子,拿样品在显微镜下看。一百年过去了,哪怕是世界顶尖的研究机构和企业,你到他们的实验室里看,依然是这样的情况。


大家可能会问,为什么在工业上我们的生产力如此之发达,但是在生物学研究里面,我们的生产力工具还是这样?与传统的制造业像汽车、3C这样的行业相比,生命科学领域尽管有更高的增速(增速超过30%)和人力成本,但是它的场景复杂和丰富程度要远远超过传统制造业。和生命科学类似的行业比如像零售、物流这些企业也正在经历着自动化和数字化的变革。由于这些场景复杂度非常高,所以它对自动化的技术和柔性化提出了非常高的要求。所以这也就是为什么直到今天我们发现很多生物学实验室和一百年前还是一样。



我们在想,能不能在这个行业背景下做一些事情?今天整个生命科学产生的数据量和过去相比已经不可同日而语了。人类基因组计划全世界的科学家干了很多年,今天技术的进步使得现在可能一天就把当时所有的工作都做了。比如现在一个高通量测序仪一天产生的数据量可以达到6个T,甚至更多。比如像高内涵成像系统,能够高通量成像的仪器一天可以拍摄超过10万张照片,一天拍的图片超过过去很多年所有科学家发表的所有图片。现在一套自动抗体筛选系统一天可以筛选5万种不同抗体。


现在生命科学的研究出现了很大的矛盾,即生物学家对于数据的需要日益增长,但是我们的生产力还和过去一样落后。大家知道,每当这样的生产力矛盾出现其实就是机会出现的时候。基于这样的机会,我们在2016年创立了镁伽。我们的初衷是想通过智能化和自动化的方式,赋能行业创新突破和生产力的革新,为每个人创建更加高效,更加健康,更加美好的世界。


今天我们全球的员工接近一千人,在全球6个地方有办公室和工厂。我们也获得了很多行业头部的企业和机构的认可,包括像药明康德、博世集团,他们是生物医药和自动化行业的头部企业,他们的投资是对镁伽在生命科学智能自动化领域巨大潜力的最好背书。我们的客户也包括了很多生物医药、IVD等领域的头部企业。


下面和大家分享一下我们在过去几年所积累的一些技术和能力。镁伽是做机器人起家的,我们做完这些机器人以后发现,如果我们要深耕一个行业,比如像生命科学,只有机器人是不够的,要形成完整的解决方案。所以我们把生命科学里面各种常见的操作,比如液体处理、粉末处理、样品震荡离心、存储、转运等等不同的操作,打磨成不同的模块,通过这些自动化的模块,我们就能够快速地做以前做不了的实验。


当你能够高通量、自动化地做很多实验以后,势必会产生大量的数据。接下来更大的挑战在于如何运用和分析这些数据。如果你要做一件工作的话,这些自动化模块相当于“手”,同时你还需要“大脑”处理这些数据。基于此,我们开发了MegaDpLn™ AI技术平台,它是针对生命科学这个行业的特殊之处设计的。我们生物学的数据量虽然越来越大了,但是和工业数据量相比,依然是一个小样本,在这种情况下我们开发了小样本的学习方法,计算精度已经提升了20%。另外我们在生命科学领域有很多是没有标记的数据,基于此我们通过半监督和无监督的方式,把数据标记需求量减少了60%以上。


另外生物学家并不是特别善于写代码,所以我们把我们的技术快速地部署,让用户能够在很短时间内学会。目前我们的技术已经有了应用于很多客户的实例,比如化学反应逆合成路径的预测、细胞表型的检测。



我们还开发了一个IntellVega视觉平台,生物学有很多试剂是透明的,如果用视觉分析难度很大。我们针对生物学这些特殊场景,也做了很多优化,我们现在可以达到亚像素级算法的优化,能够精密地控制微米级的运动。基于刚才展示的能力,包括自动化的能力、AI的能力,我们提供了很多产品给生命科学行业的客户。


疫情到来的时候,我们也觉得是镁伽义不容辞的责任。去年我们用非常短的时间研发了镁伽高通量自动化核酸检测系统,助力一线抗疫。这也是镁伽在国内首次将机器人应用于大规模核酸检测。在核酸检测中,咽拭子检测前处理是最耗人力,最危险的步骤,这个是非常累、非常痛苦的过程。所以我们把这个过程实现了完全的无人化、自动化。今年我们把这个产品做了升级,实现了从开盖分杯到核酸提取,PCR体系构建,再到封膜和qPCR检测的全流程自动化,真正做到了“管式样本进,检测结果出”。下面用一个动画视频展示一下。


这个就是我们去年为新冠检测推出的全自动产品。我们推出了类似很多这样的产品,比如像生物酶的分装、化学反应合成等等。光是这样还不够,如果想改变整个行业的话,我们需要做一些基础设施之类的工作,不仅仅是提供一台设备和仪器,更多是要做全流程的解决方案。因此,我们自主研发了国内通用型智能自动化生物实验室——镁伽鲲鹏实验室,我们现在用它来做什么?比如细胞基因编辑、高通量药物筛选、合成生物学等等,我们希望用智能自动化的形式提高生命科学的研发和生产效率,能够引领即将到来的生物学革命。


在镁伽鲲鹏实验室里有这样几个平台,首先是全自动细胞实验平台,能够自动地处理各种细胞样品,实现细胞的传代、换液,并能对细胞的表型等海量高质量数据进行自动采集和智能分析。此外,还有全自动分子实验平台,全自动病原检测平台,全自动组学样品前处理平台。


我们希望打造下一代的智能自动化生命科学基础设施,通过自动化的平台做很多工作比如像新靶点筛选、新抗原筛选、生物大分子的筛选等,同时通过自动化设施大量地积累数据。例如我们现在正在把人的两万个基因全部敲除并做表型和组学的数据库,基于这些数据为药物研发企业提供智能化、自动化的服务。镁伽的目标是成为以数据为核心资产的下一代生命科学基础设施的服务提供商,我们也非常希望能够和生命科学行业里面各个企业、各个机构合作,谢谢大家!