冠狀病毒株分離，人工智能技術(shù)加速疫苗研發(fā)

機(jī)器之能

當(dāng)下，新型冠狀肺炎疫情肆虐。針對這種依賴rna鏈復(fù)制傳播的病毒型傳染性疾病的疫苗開發(fā)工作，李蘭娟院士近日表示，位于浙江的p3國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已成功分離8棵毒株，其中3株非常適合作為疫苗生產(chǎn)原料，疫苗研制正在快速展開。有效的疫苗能夠快速有效的遏制疫情的發(fā)展，但實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室流程到工業(yè)生產(chǎn)工藝的轉(zhuǎn)化卻并非易事。相較于臨床研究，疫苗工業(yè)工藝的設(shè)計(jì)開發(fā)花費(fèi)同樣不菲，生產(chǎn)模式的效率與安全性直接決定了疫情控制的力度和規(guī)模。相較于傳統(tǒng)的疫苗生產(chǎn)手段，人工智能及其在多項(xiàng)領(lǐng)域的應(yīng)用可用于強(qiáng)化疫苗工業(yè)生產(chǎn)效率、安全性、乃至推廣的可靠性。這一優(yōu)勢或許能在現(xiàn)階段疫情控制起到關(guān)鍵作用。

作者 | 于琳洋

一、疫苗生產(chǎn)工業(yè)市場現(xiàn)狀

相較于其他藥物，很多傳統(tǒng)疫苗在人的一生中只需要注射一次，其生產(chǎn)和銷售的市場也因此呈現(xiàn)疲態(tài)。以美國為例，從1967年至今，其進(jìn)行疫苗生產(chǎn)的企業(yè)數(shù)量縮減到如今只有5家大廠壟斷，而疫苗產(chǎn)品對企業(yè)利潤的貢獻(xiàn)甚至不足6%。雖然隨著人們的健康意識增強(qiáng)，越來越多的個(gè)人和健康團(tuán)體開始自發(fā)的向零售商購買以流感為主的病毒型季節(jié)性傳染病的疫苗，疫苗市場的增速仍相當(dāng)緩慢，年需求量整體趨于穩(wěn)定。過于固定的市場，往往導(dǎo)致傳統(tǒng)病毒型疫苗生產(chǎn)公司的研發(fā)能力無法應(yīng)對突發(fā)性病毒型傳染性疾病。在此局限下，人工智能技術(shù)與其對數(shù)據(jù)的高效利用或?qū)橐呙缟a(chǎn)工藝帶來轉(zhuǎn)機(jī)。目前，已有多家傳統(tǒng)病毒型疫苗生產(chǎn)公司開始利用超前計(jì)算能力以及人工智能技術(shù)應(yīng)對本次新冠肺炎疫苗研發(fā)狀況。

二、疫苗工業(yè)工藝中主要的人工智能技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：把所有物品通過射頻識別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識別和管理。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推廣應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)疫苗生產(chǎn)過程中的流程自動化、條件控制智能化的要求。同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以運(yùn)用于疫苗出場后的環(huán)境條件監(jiān)控，保證疫苗產(chǎn)品在使用時(shí)的有效性。

機(jī)器人技術(shù)：工業(yè)生產(chǎn)中執(zhí)行任務(wù)的物理代理，通常分為移動機(jī)器人和固定機(jī)器人。通過利用固定機(jī)器人取代疫苗生產(chǎn)時(shí)的人工手工操作，可以提高生產(chǎn)效率。通過減少員工與疫苗原液之間的接觸，可以在保障員工身體健康的同時(shí)，避免疫苗受到因人為操作誤差引入的污染。

傳感器技術(shù)：通過傳感器感受規(guī)定的被測量，同時(shí)將其按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化為可用輸出信號。應(yīng)用傳感器技術(shù)可以對疫苗生產(chǎn)流程中的物理?xiàng)l件進(jìn)行監(jiān)控及智能調(diào)整。同時(shí)傳感器技術(shù)還廣泛的運(yùn)用于監(jiān)控疫苗出廠后期的安全控制，保證疫苗在使用前的有效性。

計(jì)算機(jī)視覺：計(jì)算機(jī)視覺是指機(jī)器感知環(huán)境的能力，這一技術(shù)類別中的經(jīng)典任務(wù)有圖像形成、圖像處理、圖像提取和圖像的三維推理。將計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)引入疫苗工業(yè)生產(chǎn)流程，可以取代生產(chǎn)過程中需要人工視覺識別的環(huán)節(jié)，例如疫苗雞胚培養(yǎng)過程中對蛋的識別，提高識別效率和識別精準(zhǔn)度。同時(shí)，通過計(jì)算機(jī)視覺也可以對生產(chǎn)過程中的人為操作環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控。

三、人工智能技術(shù)在疫苗工業(yè)工藝中的應(yīng)用分布

四、人工智能技術(shù)在疫苗工業(yè)工藝中的應(yīng)用案例

愛科維申科技：開發(fā)國內(nèi)首套滅活疫苗活體雞胚機(jī)器視覺智能監(jiān)測系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)替代人工視覺實(shí)現(xiàn)疫苗雞胚監(jiān)測，并結(jié)合機(jī)器人技術(shù)對檢測通過的雞胚進(jìn)行分選碼盤。相較于4000枚/小時(shí)的人工檢測效率，這套運(yùn)用于流感疫苗活體蛋胚的智能檢測系統(tǒng)的工作效率為40000枚/小時(shí)，檢測準(zhǔn)確率超過99.5%，漏檢率低于1%，每日工作量可超過10萬枚。

atsautomation：整合多種智能自動化技術(shù)，為疫苗生產(chǎn)設(shè)計(jì)智能化、自動化的工業(yè)流程。針對基于雞胚培養(yǎng)的病毒疫苗，ats提供蛋類傳送和處理自動化系統(tǒng)，覆蓋培養(yǎng)、去蓋、及采收全過程。針對新興的基于細(xì)胞培養(yǎng)的疫苗研制，ats整合機(jī)器人細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在class 100環(huán)境中細(xì)胞和病原體的細(xì)胞種植、培養(yǎng)、病毒接種、胰蛋白酶化和采收全自動化。同時(shí)整合傳感器技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)環(huán)境中的溫度及分層氣流控制，以及培養(yǎng)瓶轉(zhuǎn)速調(diào)控，保證寄生株的均勻分布。

日本森松：為疫苗抗原原液到產(chǎn)品化的疫苗制劑搭造橋梁，推出在線配液系統(tǒng)。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，系統(tǒng)將常規(guī)配液過程所需要的泵、管路、閥門、氣泡陷阱、及紫外檢測器等環(huán)節(jié)結(jié)合在一起。相比于傳統(tǒng)配液過程，配液系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)全程物理?xiàng)l件數(shù)據(jù)記錄，梯度溶液精準(zhǔn)配置，同時(shí)節(jié)省了儲罐數(shù)量及人力成本，提升了生產(chǎn)安全性。系統(tǒng)最終配液精度可達(dá)99.8%，而溶液達(dá)到穩(wěn)定所需的時(shí)間縮短到小于60s。

五、人工智能在疫苗工業(yè)工藝中的局限性

短期技術(shù)整合難以實(shí)現(xiàn)：現(xiàn)階段的疫苗工業(yè)產(chǎn)線環(huán)節(jié)大多固定，目前，市場上應(yīng)用的人工智能技術(shù)多以整體解決方案為主。于成熟產(chǎn)線中部署人工智能技術(shù)對其所在地的氣候、地理?xiàng)l件、企業(yè)員工結(jié)構(gòu)乃至技術(shù)本身的靈活度均提出了挑戰(zhàn)。其所需經(jīng)歷的設(shè)備安裝及參數(shù)調(diào)試工作難以在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)投入大于疫情過后的市場需求：人工智能技術(shù)以提高生產(chǎn)效率和降低人力成本為主要目的，但技術(shù)本身的整合難度和資金設(shè)備要求都遠(yuǎn)超過短期高需求過去后的普通市場需求，而在這期間的資金投入難以得到回報(bào)，且會造成之后企業(yè)“過生產(chǎn)”的狀態(tài)。

六、人工智能技術(shù)在疫苗工業(yè)工藝中的發(fā)展趨勢

碎片式的技術(shù)整合或更有市場：相較于開發(fā)完整的整套解決方案，將其拆分成針對不同疫苗工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碎片式技術(shù)或能使技術(shù)本身更具靈活性，實(shí)現(xiàn)針對現(xiàn)有成熟產(chǎn)線的動態(tài)融入以及統(tǒng)一技術(shù)不同場景的多維應(yīng)用，由此提升技術(shù)革新頻率與市場推廣的效率。

短期合作或成為應(yīng)對季節(jié)性需求的有效途徑：從此次疫情防治中也可以看出，許多人工智能技術(shù)公司及互聯(lián)網(wǎng)公司在其中發(fā)揮著重要的作用。對于針對病毒型傳染病的季節(jié)性的疫苗需求，疫苗生產(chǎn)商或許可以通過短期合作的方式，利用更多的人工智能公司的輔助作用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的短期提高，并在之后能恢復(fù)正常生產(chǎn)水平。

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原標(biāo)題：《冠狀病毒株分離，人工智能技術(shù)加速疫苗研發(fā)，更有望成為遏制疫情蔓延的關(guān)鍵點(diǎn)|智周報(bào)告核心版》