云实验室和远程研究如何塑造科学

什么是远程实验室?

远程实验室是物理实验室，使研究人员能够在不靠近设备的情况下进行实验。它们提供对原始试剂、仪器、样品制备和分步实验过程的远程访问。除了让更多研究人员能够更好地进行复杂实验之外，远程实验室还可以通过工作流程自动化来最大限度地减少人为错误。1

什么是云实验室?

云实验室是一种远程实验室，使研究人员能够使用计算机和基于云的基础设施远程进行实验。2云是一个广泛的软件服务器网络，可以从任何地理位置通过在线界面进行访问。云实验室提供对协调自动化科学仪器、库存(例如化学试剂)和机器人的软件的访问，以执行实验和处理数据。3通过登录云，研究人员可以在远程操作的实验室中执行可扩展、标准化和稳健的生物方案。

科学研究远程实验室的建立和发展

远程工作的想法可以追溯到20世纪70年代，当时NASA工程师JackNiles提出利用远程办公来缓解交通拥堵。42000年代初个人电脑的出现和互联网的广泛使用使得远程工作的概念被广泛接受为跨许多学科的可行工作安排。5

在科学研究中，新冠疫情的爆发凸显了研究人员对面对面工作的强烈依赖以及依赖于人类的实验程序的局限性。6正是在这段时间，云实验室在研究界获得了广泛的欢迎。7目前，与大流行前的水平相比，对云实验室服务的需求增长速度更快。

强调远程研究里程碑的时间表：一位NASA工程师在20世纪70年代提出了远程工作的概念;实验室自动化的关键进展发生在20世纪90年代;研究人员在2000年代建造了第一个机器人科学家;第一个商业云实验室成立于2010年代;新冠疫情凸显了2020年代远程研究解决方案的优势。

远程实验室的进步和采用源于远程工作技术、实验室自动化、机器人技术、云基础设施和流行病应对方面的重大里程碑。

科学家

远程实验室使用的技术

在机器人技术和人工智能(AI)进步的推动下，自动化技术的快速进步使得远程实验室的创建成为可能。2,8

实验室自动化

自动化是一种多学科策略，能够以最少的人机交互操作实验室工具和仪器。自动化还提高了样品通量，从而节省了大量的发现时间，并有助于实现传统上受手动方法限制的突破。为了实现研究自动化，科学家依赖自动化设备。技术项目经理DanaCortade表示：“我们希望随着时间的推移和创新，越来越多的实验室将能够实现自动化，无论是在自己的实验室内、在他们可以使用的核心设施中，还是在云实验室等商业实体中。”AligntoInnovate是一个科学非营利组织，专注于通过自动化改进科学。

机器人技术

机器人技术在自动化标准实验室操作和减少人为错误方面发挥着关键作用。例如，远程实验室中的液体处理机器人能够在不同实验步骤之间高精度地进行试剂制备和样品转移。9使用移液机器人进行自动化是另一种节省时间的策略，可以同时处理许多样品，同时降低污染风险。10

人工智能

人工智能为自动化和远程实验室的发展做出了重大贡献。在人工智能领域，机器学习(ML)使用数学模型来执行复杂的预测任务。云实验室通常使用机器学习模型来预测材料属性和实验结果，支持自动化和半自动化工作流程。基于人工智能的算法可帮助科学家通过自动化流程更快地分析大数据。11