隨著人工智能（AI）的發(fā)展，AI 智能體正在改變醫(yī)療保健、金融、電子商務(wù)和機(jī)器人等行業(yè)，并重新定義人機(jī)交互。2024 年，以生成式 AI 和大語(yǔ)言模型的技術(shù)突破為驅(qū)動(dòng)，全球迎來(lái)了“AI 智能體元年”。

在這波浪潮中，華大智造成果斐然。作為基因測(cè)序儀領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，華大智造憑借其在生命科學(xué)儀器和自動(dòng)化解決方案的深厚積累，正在 AI 與生物技術(shù)的融合創(chuàng)新中開(kāi)辟新賽道。

日前，華大智造楊夢(mèng)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合泰國(guó)朱拉隆功大學(xué) Nattiya Hirankarn 教授在Nature Biomedical Engineering雜志發(fā)表文章，他們開(kāi)發(fā)了名為“PrimeGen”的干濕協(xié)同多智能體系統(tǒng)。其創(chuàng)新性地將引物設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與自動(dòng)化工作站執(zhí)行整合為閉環(huán)流程。

即使在高達(dá) 955 個(gè)擴(kuò)增子的超高通量條件下，PrimeGen 仍能保持優(yōu)異的擴(kuò)增均勻性，顯著降低引物二聚體風(fēng)險(xiǎn)，從而有效減少重復(fù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)、提升實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性，并整體降低時(shí)間與成本開(kāi)銷(xiāo)。

“PrimeGen 的創(chuàng)新價(jià)值不僅在于技術(shù)突破，更在于其與華大智造產(chǎn)業(yè)平臺(tái)的深度耦合——既服務(wù)于定制化建庫(kù)試劑盒開(kāi)發(fā)，又賦能自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)執(zhí)行，最終實(shí)現(xiàn)科研到產(chǎn)品的價(jià)值轉(zhuǎn)化，也展示了未來(lái)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展方向。”華大智造高級(jí)副總裁、文章通訊作者楊夢(mèng)博士告訴生輝。

事實(shí)上，華大智造很早就著手布局 AI 相關(guān)產(chǎn)業(yè)并發(fā)布了一系列成果。今年初，該公司還宣布正式將 AI 技術(shù)全面融入生命科技工具領(lǐng)域。

借此機(jī)會(huì)，生輝和楊夢(mèng)就華大智造在 AI 方面的布局聊了聊。楊夢(mèng)主要負(fù)責(zé)公司前沿技術(shù)研發(fā)（X-team）、自發(fā)光測(cè)序儀研發(fā)和實(shí)驗(yàn)室智能自動(dòng)化 GLI 業(yè)務(wù)（Generative Lab Intelligence,以下簡(jiǎn)稱(chēng)“GLI 業(yè)務(wù)”)，推動(dòng) AI、機(jī)器人和半導(dǎo)體技術(shù)在生命科學(xué)高端裝備領(lǐng)域的融合創(chuàng)新。其帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了全球領(lǐng)先的自發(fā)光半導(dǎo)體閃速測(cè)序儀、AI 驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化系統(tǒng)和超聲影像機(jī)器人等創(chuàng)新產(chǎn)品，推動(dòng)了多項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化落地。

從硬件制造到智能解決方案的躍遷

2019 年，以 BERT 為代表的語(yǔ)言模型嶄露頭角。彼時(shí)，華大智造正深耕于基因測(cè)序技術(shù)迭代。

在推進(jìn) AI for Bio 研究的過(guò)程中，以楊夢(mèng)為代表的團(tuán)隊(duì)成員敏銳捕捉到一個(gè)關(guān)鍵洞見(jiàn)：基因組序列與自然語(yǔ)言在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上具有本質(zhì)相似性。正如 BERT 通過(guò) Transformer 的自注意力機(jī)制捕捉詞語(yǔ)間的上下文語(yǔ)義依賴(lài)關(guān)系，DNA 序列中的變異位點(diǎn)間也存在類(lèi)似關(guān)系?；蚪M語(yǔ)言模型可建模 DNA 序列中變異位點(diǎn)間的潛在復(fù)雜關(guān)系，包括長(zhǎng)距離的調(diào)控相互作用。

“當(dāng)時(shí)的行業(yè)痛點(diǎn)在于，傳統(tǒng)基因組變異分析主要依賴(lài)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和參數(shù)化打分模型，這種方法難以充分捕捉 DNA 序列中復(fù)雜的調(diào)控邏輯。我們意識(shí)到，大自然在億萬(wàn)年進(jìn)化中形成的遺傳密碼，其復(fù)雜程度遠(yuǎn)非簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)模型所能詮釋?！睏顗?mèng)解釋道。

基于這一認(rèn)知，楊夢(mèng)及團(tuán)隊(duì)率先啟動(dòng)了大語(yǔ)言模型的研發(fā)工作，并于 2022 年推出了名為 LOGO(Language of Genome) 的輕量級(jí)語(yǔ)言模型，用于啟動(dòng)子識(shí)別、增強(qiáng)子-啟動(dòng)子相互作用預(yù)測(cè)、染色質(zhì)特征預(yù)測(cè)以及疾病相關(guān)的變異優(yōu)先排序任務(wù)。

這一研究方向與后來(lái)谷歌 DeepMind 的 Alpha Genome等系統(tǒng)不謀而合，共同印證了“生命語(yǔ)言”與自然語(yǔ)言處理的類(lèi)比價(jià)值。更重要的是，這項(xiàng)工作奠定了華大智造從“制造”到“智造”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型根基，通過(guò)將 AI 人工智能技術(shù)深度嵌入基因測(cè)序全流程，讓傳統(tǒng)測(cè)序儀器進(jìn)化為具有自主學(xué)習(xí)和優(yōu)化能力的智能生命科學(xué)平臺(tái)。

同年，華大智造發(fā)布基于對(duì)比學(xué)習(xí)的多模態(tài)單細(xì)胞算法 Concerto，快速實(shí)現(xiàn)千萬(wàn)級(jí)單細(xì)胞多組學(xué)數(shù)據(jù)建模。特別是，他們借鑒了視覺(jué)領(lǐng)域 SimCLR 的對(duì)比學(xué)習(xí)思想，將不同來(lái)源和模態(tài)的單細(xì)胞數(shù)據(jù)映射到隱空間中進(jìn)行自監(jiān)督學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)海量單細(xì)胞數(shù)據(jù)的有效解析和注釋。該文章提出的 Query-to-Reference 的單細(xì)胞注釋范式，被人類(lèi)細(xì)胞圖譜（HCA）階段性成果引用，能有效支撐千萬(wàn)級(jí)別的單細(xì)胞分析。

2023 年，華大智造在 AI 領(lǐng)域再進(jìn)一步，發(fā)布了名為“EvoPlay”的蛋白質(zhì)強(qiáng)化學(xué)習(xí)序列推理模型，類(lèi)似 DeepSeek R1 的序列 RL 思想。該模型致力于實(shí)現(xiàn) AlphaFold 的“逆向工程”，即針對(duì)特定結(jié)構(gòu)和功能反向設(shè)計(jì)出最佳的蛋白質(zhì)序列。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，它巧妙借鑒了 AlphaGo/AlphaZero 的自博弈強(qiáng)化學(xué)習(xí)思想，將復(fù)雜的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)過(guò)程視作一場(chǎng)與外界環(huán)境交互迭代學(xué)習(xí)的“下棋過(guò)程”。依托這一創(chuàng)新模型，華大智造設(shè)計(jì)出的新熒光素酶，其發(fā)光強(qiáng)度和速度均得到提升，能夠使基因測(cè)序過(guò)程更快速高效。

通過(guò)系統(tǒng)性布局，華大智造正逐步完成 AI 能力從基礎(chǔ)研發(fā)到產(chǎn)業(yè)落地的完整閉環(huán)。

作為華大智造 AI 戰(zhàn)略布局的核心推動(dòng)者，楊夢(mèng)介紹了公司的“X”探索機(jī)制，他表示，“在科技加速迭代的時(shí)代，華大智造建立了一套獨(dú)特的前沿技術(shù)探索機(jī)制。在保持主營(yíng)業(yè)務(wù)穩(wěn)健發(fā)展的同時(shí)，通過(guò)設(shè)立專(zhuān)門(mén)的 X 研發(fā)中心，以靈活敏捷的小團(tuán)隊(duì)模式緊密追蹤最前沿技術(shù)趨勢(shì)。這套機(jī)制不僅為公司持續(xù)輸送了跨學(xué)科的頂尖人才，也帶來(lái)了很多顛覆性的想法和技術(shù)儲(chǔ)備。”

生成式 AI 驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室“自動(dòng)駕駛”

基于對(duì)基因測(cè)序行業(yè)發(fā)展的深刻洞察，華大智造整合了其在測(cè)序、自動(dòng)化、對(duì)于樣本的處理，以及下游數(shù)據(jù)分析等方面的能力，于今年初完成了 GLI 業(yè)務(wù)的戰(zhàn)略重構(gòu)，旨在幫助傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化用戶突破數(shù)據(jù)-算法的互哺瓶頸，更快落地實(shí)驗(yàn)室軟硬件和整體運(yùn)行效果，加快發(fā)揮“AI+生命科學(xué)”的無(wú)限潛能。

“GLI 業(yè)務(wù)正依托生成式 AI 和前沿自動(dòng)化技術(shù)，推動(dòng) AI+生命科學(xué)從傳統(tǒng)模式向全流程‘自動(dòng)駕駛’轉(zhuǎn)型，助力科研機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍與效率的革命?！睏顗?mèng)表示。

目前，GLI 業(yè)務(wù)板塊主要包括四大類(lèi)產(chǎn)品：AI智能化產(chǎn)品、通用自動(dòng)化產(chǎn)品、通用計(jì)算存儲(chǔ)產(chǎn)品和智惠實(shí)驗(yàn)室方案型產(chǎn)品。業(yè)務(wù)成果已在包括北京腦科學(xué)與類(lèi)腦研究所、上海交通大學(xué)海南研究院、中國(guó)慢性病前瞻性研究 China Kadoorie Biobank（CKB）、哈爾濱市消化系統(tǒng)腫瘤和“四高”免費(fèi)檢測(cè)項(xiàng)目等項(xiàng)目中得到應(yīng)用。

其中，與北京腦科學(xué)與類(lèi)腦研究所聯(lián)合打造的“全自動(dòng)無(wú)人化黑燈實(shí)驗(yàn)室”，是國(guó)內(nèi)首個(gè)全流程自動(dòng)化隊(duì)列研究支撐體系。目前該項(xiàng)目已正常運(yùn)轉(zhuǎn)超過(guò)一年，實(shí)現(xiàn)了樣品分裝、提取、建庫(kù)、測(cè)序、數(shù)據(jù)分析和存儲(chǔ)全流程自動(dòng)化執(zhí)行，通過(guò)在全國(guó)產(chǎn)生態(tài)框架下搭建完整工具鏈，確保了高質(zhì)量樣本和數(shù)據(jù)的高通量流轉(zhuǎn)，為腦疾病研究和新藥研發(fā)提供了有效支撐。

其落地海南三亞的全自動(dòng)化系統(tǒng)是全球首套海洋微生物自動(dòng)化核酸蛋白共提取系統(tǒng)。這套系統(tǒng)包括通用自動(dòng)化模塊和計(jì)算存儲(chǔ)硬件，以及智能實(shí)驗(yàn)室管理能力，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海量樣本的核酸、蛋白數(shù)據(jù)的收集、有效地挖掘深海生物樣本資源，實(shí)現(xiàn)成本的指數(shù)級(jí)降低。

圖 | 落地海南三亞的全自動(dòng)化系統(tǒng)（來(lái)源：華大智造）

值得注意的是，作為實(shí)驗(yàn)室智能化的"大腦"，AI 智能化模塊的 αLab Studio 智能實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)支持實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)、產(chǎn)線運(yùn)行監(jiān)控、智能排產(chǎn)調(diào)度，AI 設(shè)備腳本生成等。其已實(shí)現(xiàn)從科研到產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化落地，特別是在民生健康領(lǐng)域，平臺(tái)成功支撐了哈爾濱市消化系統(tǒng)腫瘤和“四高”免費(fèi)檢測(cè)項(xiàng)目一期 80 萬(wàn)人的高通量民生篩查。該系統(tǒng)正在國(guó)內(nèi)多家重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室和國(guó)家級(jí)研究機(jī)構(gòu)部署實(shí)施，為大規(guī)模智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供核心支持。

（來(lái)源：華大智造）

“在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中，我們采取了分階段推進(jìn)策略：現(xiàn)階段大規(guī)模交付的是 2.0 版本系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的智能調(diào)度和排產(chǎn)優(yōu)化；而最新研發(fā)的 3.0 版本系統(tǒng)將進(jìn)一步融入知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，具備實(shí)驗(yàn)方案的自主迭代能力?！?/p>

“在實(shí)際業(yè)務(wù)布局上，我們采取雙軌并行模式：一方面面向廣大客戶提供模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的自動(dòng)化產(chǎn)品，另一方面與頭部合作伙伴開(kāi)展深度定制服務(wù)，并逐步攜手共創(chuàng)。這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的合作模式需要特別關(guān)注數(shù)據(jù)所有權(quán)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的界定，確保在知識(shí)沉淀和共享過(guò)程中各方權(quán)益得到充分保障。通過(guò)這種差異化服務(wù)策略，我們正在推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室從自動(dòng)化向智能化方向持續(xù)演進(jìn)。”楊夢(mèng)補(bǔ)充道。

以“智”驅(qū)動(dòng)未來(lái)

作為全球少數(shù)掌握核心測(cè)序技術(shù)的企業(yè)之一，在推動(dòng)智能化進(jìn)程中，華大智造也在前沿創(chuàng)新和市場(chǎng)需求之間建立了動(dòng)態(tài)平衡機(jī)制。

“首先，在資源配置方面，我們采用‘二八原則’：將 80% 的研發(fā)投入聚焦于現(xiàn)有產(chǎn)品的迭代升級(jí)與下一代產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，同時(shí)保留 20% 的資源用于前沿技術(shù)的探索與儲(chǔ)備。這種結(jié)構(gòu)化的投入模式既確保了主營(yíng)業(yè)務(wù)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，又為突破性創(chuàng)新保留了必要空間；其次，人才體系建設(shè)是平衡戰(zhàn)略的關(guān)鍵支柱。通過(guò)多層次的人才培養(yǎng)計(jì)劃，包括與高校的聯(lián)合培養(yǎng)項(xiàng)目、高潛人才專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃等，構(gòu)建了完整的人才梯隊(duì)；更為核心的是，華大智造自上而下建立了‘持續(xù)創(chuàng)新、自我顛覆’的文化基因，從管理層到執(zhí)行層都秉持著‘不創(chuàng)新即衰退’的共識(shí)?！睏顗?mèng)介紹道。

這種不進(jìn)則退的共識(shí)鞭策著華大智造持續(xù)創(chuàng)新，在 AI 與生命科學(xué)深度融合的浪潮中，其正引領(lǐng)一場(chǎng)從“解讀生命”到“設(shè)計(jì)生命”的范式革命。

楊夢(mèng)透露，未來(lái) 3-5 年，華大智造的 AI 布局將聚焦兩大方向：一是深化實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化與 AI 的融合，通過(guò)自然語(yǔ)言交互簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程，目標(biāo)是讓科研人員只需提出假設(shè)，系統(tǒng)就能自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)方案并執(zhí)行，構(gòu)建生命科學(xué)的硬件 MCP(Model Context Protocol)和軟件 MCP；二是構(gòu)建多組學(xué)智能分析引擎，通過(guò)超大規(guī)模算力助力解析智能自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)化采集的海量生物數(shù)據(jù)，幫助建立量化生命健康的指標(biāo)體系?！斑@些創(chuàng)新將顯著降低生命科學(xué)技術(shù)的使用門(mén)檻，讓科研人員從繁瑣的實(shí)驗(yàn)操作中解放出來(lái)，更專(zhuān)注于科學(xué)發(fā)現(xiàn)本身。”

（來(lái)源：華大智造）

此外，在當(dāng)前國(guó)際形勢(shì)下，華大智造也正面臨重要的戰(zhàn)略機(jī)遇期。“國(guó)產(chǎn)替代需求激增進(jìn)一步鞏固了我們?cè)趪?guó)內(nèi)測(cè)序設(shè)備市場(chǎng)的領(lǐng)先地位，加速了下游客戶向國(guó)產(chǎn)平臺(tái)遷移。這一轉(zhuǎn)變?cè)从谌髢?yōu)勢(shì)：自主可控的產(chǎn)業(yè)共識(shí)、全棧解決方案能力、以及從設(shè)備到實(shí)驗(yàn)室的整體智能化改造優(yōu)勢(shì)?！?/p>

“在國(guó)際布局方面，我們采取‘深耕本土、輻射全球’的策略。當(dāng)前華大智造業(yè)務(wù)已經(jīng)遍布六大洲 110 多個(gè)國(guó)家，服務(wù)累計(jì)超過(guò) 3300 個(gè)用戶，已經(jīng)積累了足夠豐富的經(jīng)驗(yàn)，為全球客戶提供高效的售后服務(wù)、穩(wěn)定的供應(yīng)鏈?！睂?duì)于未來(lái)的業(yè)務(wù)發(fā)展，楊夢(mèng)信心滿滿。

回望其發(fā)展歷程，華大智造始終以“智”為核心發(fā)展理念，該公司正在三個(gè)維度深化智能化戰(zhàn)略：持續(xù)優(yōu)化底層核心算法、升級(jí)智能管理平臺(tái)架構(gòu)，以及構(gòu)建覆蓋全流程的智慧解決方案。過(guò)去十年奠定的高端制造基礎(chǔ)，為未來(lái)十年 AI 與生物技術(shù)的深度融合創(chuàng)造了有利條件。正如楊夢(mèng)所言，“智”字將成為華大智造引領(lǐng)行業(yè)創(chuàng)新的鮮明標(biāo)識(shí)，也是對(duì)中國(guó)智造的最佳詮釋。

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