"La integración de la robótica y la IA está llamada a revolucionar los laboratorios científicos"
Al automatizar las tareas rutinarias, los científicos pueden centrarse en cuestiones de investigación de más alto nivel, allanando el camino para avances más rápidos
Los laboratorios científicos de todas las disciplinas -química, bioquímica y ciencia de los materiales- están a punto de sufrir una transformación radical a medida que la automatización robótica y la IA permiten realizar experimentos más rápidos y precisos que abren nuevos caminos en campos como la salud, la energía y la electrónica, según afirman investigadores de la UNC-Chapel Hill en el artículo "Transforming Science Labs into Automated Factories of Discovery" (Transformación de los laboratorios científicos en fábricas automatizadas de descubrimientos), publicado en Science Robotics, la revista más prestigiosa sobre investigación robótica.
"Hoy en día, el desarrollo de nuevas moléculas, materiales y sistemas químicos exige un gran esfuerzo humano", afirma Ron Alterovitz, autor principal del artículo y Catedrático Lawrence Grossberg del Departamento de Informática. "Los científicos deben diseñar experimentos, sintetizar materiales, analizar los resultados y repetir el proceso hasta conseguir las propiedades deseadas".
Este método de ensayo y error requiere mucho tiempo y trabajo, lo que ralentiza el ritmo de los descubrimientos. La automatización ofrece una solución. Los sistemas robóticos pueden realizar experimentos continuamente sin fatiga humana, lo que acelera considerablemente la investigación. Los robots no sólo ejecutan pasos experimentales precisos con mayor coherencia que los humanos, sino que también reducen los riesgos de seguridad al manipular sustancias peligrosas. Al automatizar las tareas rutinarias, los científicos pueden centrarse en cuestiones de investigación de más alto nivel, allanando el camino para avances más rápidos en medicina, energía y sostenibilidad.
La robótica tiene el potencial de convertir nuestros laboratorios científicos cotidianos en "fábricas" automatizadas que aceleren los descubrimientos, pero para ello necesitamos soluciones creativas que permitan a investigadores y robots colaborar en el mismo entorno de laboratorio", afirma el Dr. James Cahoon, coautor del artículo y director del Departamento de Química. "Con un desarrollo continuo, esperamos que la robótica y la automatización mejoren la velocidad, precisión y reproducibilidad de los experimentos en diversos instrumentos y disciplinas, generando los datos que los sistemas de inteligencia artificial pueden analizar para guiar la experimentación posterior."
Los investigadores definieron cinco niveles de automatización de laboratorio para ilustrar cómo puede evolucionar la automatización en los laboratorios científicos:
- Automatización asistencial (A1): En este nivel, se automatizan tareas individuales, como la manipulación de líquidos, mientras que los humanos se encargan de la mayor parte del trabajo.
- Automatización parcial (A2): Los robots realizan varios pasos secuenciales, mientras que los humanos se encargan de la configuración y la supervisión.
- Automatización condicional (A3): Los robots gestionan procesos experimentales completos, aunque se requiere la intervención humana cuando surgen imprevistos.
- Automatización elevada (A4): Los robots ejecutan los experimentos de forma independiente, configurando el equipo y reaccionando a condiciones inusuales de forma autónoma.
- Automatización total (A5): En esta fase final, los robots y los sistemas de IA funcionan con total autonomía, incluido el automantenimiento y la gestión de la seguridad.
Los niveles de automatización definidos por los investigadores pueden servir para evaluar los avances en este campo, ayudar a establecer protocolos de seguridad adecuados y fijar objetivos para futuras investigaciones tanto en el ámbito científico como en el de la robótica. Aunque los niveles más bajos de automatización son habituales hoy en día, lograr una automatización alta y completa es un reto de investigación que requerirá robots capaces de operar en distintos entornos de laboratorio, gestionar tareas complejas e interactuar con humanos y otros sistemas de automatización sin problemas.
La inteligencia artificial desempeña un papel clave en el avance de la automatización más allá de las tareas físicas. La IA puede analizar enormes conjuntos de datos generados por experimentos, identificar patrones y sugerir nuevos compuestos o direcciones de investigación. La integración de la IA en el flujo de trabajo del laboratorio permitirá automatizar todo el ciclo de investigación, desde el diseño de experimentos hasta la síntesis de materiales y el análisis de resultados.
En los laboratorios impulsados por la IA, el bucle tradicional de diseño, fabricación, ensayo y análisis (DMTA) puede llegar a ser totalmente autónomo. La IA podría determinar qué experimentos realizar, hacer ajustes en tiempo real y mejorar continuamente el proceso de investigación. Aunque los sistemas de IA ya han demostrado su eficacia en tareas como la predicción de reacciones químicas y la optimización de rutas de síntesis, los investigadores advierten de que la IA debe supervisarse cuidadosamente para evitar riesgos como la creación accidental de materiales peligrosos.
La transición a los laboratorios automatizados plantea importantes retos técnicos y logísticos. Los laboratorios tienen configuraciones muy diferentes, desde laboratorios de un solo proceso hasta grandes instalaciones con varias salas. El desarrollo de sistemas de automatización flexibles que funcionen en diversos entornos requerirá robots móviles capaces de transportar elementos y realizar tareas en múltiples estaciones.
La formación de los científicos para trabajar con sistemas de automatización avanzados es igualmente importante. Los investigadores no solo tendrán que desarrollar conocimientos en sus campos científicos, sino también comprender las capacidades de los robots, la ciencia de datos y la IA para acelerar su investigación. Educar a la próxima generación de científicos para que colaboren con ingenieros e informáticos será esencial para aprovechar todo el potencial de los laboratorios automatizados.
"La integración de la robótica y la IA está a punto de revolucionar los laboratorios científicos", afirma Angelos Angelopoulos, coautor del artículo y asistente de investigación en el Grupo de Robótica Computacional del Dr. Alterovitz. "Al automatizar las tareas rutinarias y acelerar la experimentación, existe un gran potencial para crear un entorno en el que los avances se produzcan de forma más rápida, segura y fiable que nunca."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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