L'automatisation des laboratoires améliore l'efficacité et la visibilité

La vision par ordinateur et d'autres types d'intelligence artificielle accélèrent le travail au laboratoire.

Vue d'ensemble de l'automatisation des laboratoires :

  • Dans les hôpitaux et les systèmes de santé, l'automatisation des laboratoires cliniques permet une grande précision et un délai d'exécution rapide des tests de diagnostic.

  • Dans le domaine de la recherche et du développement pharmaceutique, l'automatisation des laboratoires aide les scientifiques à réaliser un grand nombre d'expériences en peu de temps.

  • Les technologies Intel® alimentent des solutions d'automatisation de laboratoire qui vont des bras robotiques à vision par ordinateur à l'analyse d'images haute performance.

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L'automatisation des laboratoires libère les techniciens et les scientifiques de tâches manuelles fastidieuses, ce qui leur permet de se concentrer sur des travaux plus importants. Les patients peuvent recevoir leur diagnostic rapidement et recevoir les soins dont ils ont besoin en temps utile. De nouveaux médicaments peuvent être testés rapidement conduisant ainsi à des traitements révolutionnaires. Dans ce laboratoire du futur, l'intelligence artificielle fait passer l'automatisation à un niveau supérieur.

Qu'il s'agisse d'effectuer un simple test sanguin ou d'analyser les effets d'un traitement potentiel sur une culture cellulaire, certaines des réponses les plus importantes en matière de santé et de sciences de la vie viennent du laboratoire. Un laboratoire prospère grâce à une grande précision, des vitesses rapides et un débit élevé. Plus un laboratoire fonctionne efficacement, plus les chercheurs peuvent faire des découvertes et les cliniciens poser des diagnostics rapidement, ce qui accélère la fourniture de soins de classe mondiale.

L'automatisation des laboratoires implique un ensemble de technologies permettant d'automatiser les tâches manuelles à grand volume dans les laboratoires cliniques ou de recherche. Dans un nombre croissant de cas, ces technologies font appel à la robotique de laboratoire et à l'intelligence artificielle (IA), y compris l'apprentissage machine, l'apprentissage profond et la vision par ordinateur. La robotique et l'automatisation des laboratoires peuvent être appliquées à toute une série de processus et d'équipements, des instruments de table aux systèmes autonomes en passant par les microscopes. Selon leur utilisation, les systèmes d'automatisation des laboratoires peuvent être monofonctionnels ou combiner plusieurs fonctions différentes.

Automatisation des laboratoires cliniques

Dans un laboratoire clinique, l'automatisation vise principalement à garantir la précision tout en accélérant la durée et l'efficacité des tests de diagnostic. Les laboratoires cliniques ont tendance à fonctionner 24 heures sur 24. Il est extrêmement important que les techniciens de ces laboratoires gèrent le grand nombre de tests provenant d'un ou plusieurs hôpitaux ou cliniques.

Les dernières solutions en matière d'automatisation des laboratoires cliniques utilisent la vision par ordinateur pour lire les codes-barres, identifier les échantillons et aider les bras robotiques à effectuer des mouvements précis. Les laboratoires cliniques explorent également l'utilisation de l'apprentissage machine dans des domaines comme la pathologie numérique, qui exige un niveau élevé de performance de calcul sur les serveurs de périphérie.

Recherche et développement pharmaceutique

Les robots de manipulation des liquides, les séquenceurs génomiques, le criblage à haut contenu (HCS) et le criblage à haut débit (HTS) font partie des systèmes d'automatisation des laboratoires qui aident les scientifiques à accélérer la recherche et le développement pharmaceutique. Les chercheurs peuvent effectuer un nombre très important d'expériences, qui peuvent mener à la découverte de nouveaux médicaments, de thérapies contre le cancer et d'autres traitements. L'apprentissage machine et l'apprentissage profond sont particulièrement précieux dans les laboratoires de recherche, avec des algorithmes qui accélèrent le HCS et d'autres charges de travail d'imagerie.

Par exemple, pour accompagner la découverte précoce de médicaments grâce à l'accélération HCS, Intel et Novartis ont utilisé des réseaux neuronaux profonds (DNN) pour réduire le temps d'entraînement des modèles d'analyse d'images de 11 heures à 31 minutes1. L'équipe a utilisé huit serveurs à base de CPU, une interconnexion de tissus à haute vitesse et a optimisé TensorFlow pour traiter des images microscopiques beaucoup plus rapidement. Cette solution aide les chercheurs à étudier les effets de milliers de traitements chimiques sur différentes cultures cellulaires et à évaluer l'efficacité potentielle de divers médicaments.

Avantages de l'automatisation des laboratoires

L'automatisation des processus manuels dans le laboratoire entraîne un certain nombre d'avantages, notamment un gain de temps. Mais ce qui est encore plus important, c'est ce qui est en jeu lorsque les tâches sont accomplies plus rapidement tout en maintenant la précision. Par exemple, lorsque les chercheurs peuvent rapidement lancer un million de composés contre une cible médicamenteuse, ils peuvent découvrir un traitement révolutionnaire à une vitesse jamais atteinte auparavant.

  • Réduction des erreurs. De par sa conception, l'automatisation des laboratoires réduit la possibilité d'erreur humaine en éliminant le travail manuel du processus2. Cela favorise également la reproductibilité et la cohérence des tests.
  • Délai d'exécution rapide. Les systèmes automatisés peuvent effectuer un dépistage à haut débit et d'autres expériences à un rythme impossible à réaliser par des humains, tout en maintenant la précision 3
  • Utilisation stratégique de la humaine. Les techniciens de laboratoire et les scientifiques peuvent travailler au plus haut niveau de leurs compétences et concentrer leur attention sur des tâches stratégiques, plutôt que d'être liés à un travail répétitif.
  • Réduction des coûts. Les systèmes d'automatisation des laboratoires peuvent contribuer à réduire les coûts en diminuant les volumes de réactifs nécessaires et en minimisant les déchets.
  • Sécurité sur le lieu de travail. En minimisant la nécessité d'une intervention humaine, l'automatisation des laboratoires peut aider les techniciens à limiter l'exposition aux agents pathogènes et aux produits chimiques nocifs ou les blessures causées par des mouvements répétitifs.

Intel et Novartis ont utilisé des réseaux neuronaux profonds (DNN) pour réduire le temps d'entraînement des modèles d'analyse d'images de 11 heures à 31 minutes1.

Technologies d'automatisation des laboratoires

Des bras robotiques au traitement d'images, les technologies Intel® alimentent les dernières solutions d'automatisation des laboratoires. Notre vaste portefeuille de technologies de calcul offre aux fabricants d'instruments une gamme d'options de calcul qui répondent aux exigences de puissance et de performance, ainsi que des capacités logicielles pour la vision et d'autres types d'IA.

De plus, les serveurs et le stockage basés sur les technologies Intel® fournissent une base solide pour la gestion des données dans tout le laboratoire. Ceci soutient les principes de FAIR : les données sont trouvables, accessibles, interopérables et réutilisables dans des systèmes automatisés sans intervention humaine.

Les technologies Intel® pour l'automatisation des laboratoires
Les processeurs Intel® Core™ et les processeurs Intel Atom  Les processeurs Intel offrent le bon niveau de performance et de consommation d'énergie nécessaire pour automatiser les processus en laboratoire. Idéal pour la manipulation et la récupération d'échantillons, le tri, la centrifugation et d'autres fonctions pré- et post-analytiques.
Processeurs Intel® Xeon® Scalable Les processeurs Intel® Xeon® Scalable offrent des performances élevées pour les serveurs de pointe en laboratoire, particulièrement utiles pour le criblage à haut contenu (HCS) et d'autres types d'imagerie.
Unités de traitement de la vision Intel® Movidius™ Les VPU Intel® Movidius™ sont conçus pour la vision par ordinateur à la pointe de la technologie. Ces VPU de faible puissance permettent la lecture de codes à barres, le déplacement de bras robotisés, l'analyse d'échantillons, et bien plus encore.
Intel® Optane™ mémoire persistante et SSD La mémoire persistante et les disques SSD (Solid State Drive) d'Intel® Optane™ prennent en charge de grandes applications en mémoire, idéales pour les charges de travail d'imagerie et d'IA dans l'automatisation des laboratoires.
Outils logiciels pour l'IA 4 Pour les développeurs, Intel propose des bibliothèques logicielles et des optimisations pour des frameworks populaires comme TensorFlow et Caffe afin d'augmenter les performances sur l'architecture Intel®. La boîte à outils Intel® Distribution of OpenVINO™ rationalise le développement d'applications de vision sur les plateformes Intel, y compris les VPU et les CPU.
Intel® Wi-Fi 6 et Intel 5G  Grâce à la prise en charge des dernières normes Wi-Fi et 5G, Intel rationalise le processus de connexion des instruments dans les laboratoires. La connectivité à haut débit permet le contrôle à distance, la surveillance en temps réel et d'autres cas d'utilisation bord à bord.

Préparer le laboratoire de l'avenir

L'Internet des objets a déjà commencé à briser les silos de données et à permettre un nouveau niveau d'automatisation. Les images microscopiques sont traitées en temps réel. Les résultats d'expériences peuvent être analysés et partagés avec des laboratoires à travers le monde. Les données des capteurs peuvent être appliquées aux algorithmes d'IA pour informer la maintenance prédictive, ce qui permet d'éviter les temps d'arrêt des instruments.

Des technologies de traitement, de stockage et de réseau plus rapides continueront à améliorer l'efficacité du laboratoire du futur. Par exemple, les chercheurs de l'Institut de recherche génomique translationnelle (TGen) séquencent les génomes des patients, puis effectuent des analyses génomiques sur une infrastructure de calcul haute performance (HPC) alimentée par des processeurs Intel® Xeon® Scalable. L'utilisation de matériel HPC moderne pour effectuer des analyses plus rapidement permet aux conseillers en génétique et aux médecins d'identifier plus rapidement les options de traitement. Le matériel HPC moderne fournit également une base qui permet aux chercheurs d'appliquer des méthodes d'apprentissage automatique à des quantités massives de données, révélant des connaissances qui peuvent amener la médecine de précision à de nouveaux sommets.

TGen a développé une infrastructure de calcul haute performance (HPC). Optimisée pour les sciences de la vie, elle intègre des processeurs Intel® Xeon® Scalable, une mémoire Intel® Optane™ et des serveurs rack Dell.

Alors que les laboratoires cliniques, de recherche et pharmaceutiques sont de plus en plus connectés et automatisés, Intel fournira une base de technologie qui permet de déplacer, stocker et traiter les données efficacement. Qu'il s'agisse d'analyse génomique dans le nuage ou de bras robotisés à la pointe, les technologies Intel® permettent une intelligence à chaque étape du laboratoire automatisé.

FAQ

Forum aux questions

L'automatisation des laboratoires utilise la robotique, l'IA et d'autres technologies pour automatiser les tâches manuelles à grand volume dans les laboratoires cliniques ou de recherche.

L'automatisation peut accélérer les délais d'exécution et les découvertes dans les laboratoires cliniques et de recherche. Cela inclut les laboratoires des hôpitaux, les entreprises pharmaceutiques et biotechnologiques, les universités et autres institutions de recherche.

La robotique et l'automatisation des laboratoires sont alimentées par toute une gamme de matériels et de logiciels, parfois avec des capacités spéciales pour la vision par ordinateur ou d'autres types d'IA.

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Avis et avertissements

Les technologies Intel® peuvent nécessiter du matériel, des logiciels ou l'activation de services compatibles.

Aucun produit ou composant ne saurait être totalement sécurisé.

Vos coûts et résultats peuvent varier.

Infos sur le produit et ses performances

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20x revendication basée sur une accélération de 21,7x obtenue en passant d'un système à nœud unique à un cluster de 8 prises. Configuration des nœuds de grappes à 8 prises : CPU : Processeur Intel® Xeon® 6148 @2,4 GHz, Cœurs : 40, Sockets : 2, Hyper-threading : Activé, Mémoire/nœud : 192 Go, 2666 MHz, NIC : Intel® Omni-Path Host Fabric Interface (Intel® OP HFI), TensorFlow : v1.7.0, Horovod : 0.12.1, Open MPI : 3.0.0, Cluster : ToR Switch : Intel® Omni-Path Switch. Configuration à nœud unique : CPU : Processeur Intel® Xeon Phi™ 7290F, 192 Go DDR4 RAM, 1x 1,6 To Intel® SSD DC S3610 Series SC2BX016T4, 1x 480 Go Intel® SSD DC S3520 Series SC2BB480G7, Intel® Math Kernel Library (Intel® MKL) 2017/DAAL/Intel Caffe. *Références : BBBC-021 : Ljosa V, Sokolnicki KL, Carpenter AE, Ensembles d'images microscopiques annotées à haut débit pour validation, Nature Methods, 2012. ImageNet : Russakovsky O et al, ImageNet Large Scale Visual Recognition Challenge, IJCV, 2015. TensorFlow : Abadi M et al, Large-Scale Machine Learning on Heterogeneous Systems, Logiciel disponible sur tensorflow.org. Teste les performances de traitement de documents des composants sur un test particulier et des systèmes spécifiques. Toute différence matérielle, logicielle ou de la configuration risque d'avoir une incidence sur les performances effectives. Consultez d'autres sources d'information pour évaluer les performances alors que vous considérez un achat. Pour en savoir plus sur les performances et les résultats des bancs d'essai, rendez-vous sur www.intel.com/benchmarks. Les fonctionnalités et avantages des technologies Intel® dépendent de la configuration du système et peuvent nécessiter du matériel et des logiciels compatibles, ou l'activation de services. Les performances varient d'une configuration à une autre. Aucun ordinateur ne saurait être totalement sécurisé. Pour plus de détails, contactez le fabricant ou le vendeur de votre ordinateur ou rendez-vous sur intel.fr.

2“Avantages et limites de l'automatisation totale des laboratoires : un aperçu personnel", Clinical Chemistry and Laboratory Medicine (CCLM), février 2019, degruyter.com/view/journals/cclm/57/6/article-p802.xml.
3"Avantages et limites de l'automatisation totale des laboratoires : un aperçu personnel", Clinical Chemistry and Laboratory Medicine (CCLM), février 2019, degruyter.com/view/journals/cclm/57/6/article-p802.xml.
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Les performances varient en fonction de l'utilisation, de la configuration et d'autres facteurs. Plus d'infos sur www.Intel.com/PerformanceIndex.