Un equipo de investigadores de la Universidad de Tokio ha presentado un innovador sistema de laboratorio digital que supone un cambio de paradigma en la forma en que se lleva a cabo la investigación en ciencia de materiales.
El sistema dLab, detallado en una reciente publicación en la revista Digital Discovery, está compuesto por instrumentos experimentales modulares físicamente interconectados que permiten la automatización completa desde la síntesis de materiales hasta la medición exhaustiva de sus propiedades. Esta integración permite a los investigadores delegar tareas experimentales repetitivas a sistemas robóticos controlados por algoritmos de aprendizaje automático.
“Hemos demostrado que el sistema puede sintetizar de forma autónoma un material en lámina delgada especificado por un investigador”, explica el profesor Taro Hitosugi de la Escuela de Posgrado de Ciencias de la Universidad de Tokio. Su equipo logró sintetizar de manera autónoma películas delgadas de electrodo positivo de iones de litio y evaluarlas estructuralmente mediante mediciones de patrones de difracción de rayos X.
La arquitectura de dLab consta de dos sistemas principales: uno que integra los instrumentos experimentales para la síntesis y medición automatizadas de materiales, y otro encargado de la recopilación y análisis de datos. Cada instrumento de medición genera datos en un formato XML estandarizado denominado MaiML (Measurement Analysis Instrument Markup Language), que fue registrado como Norma Industrial Japonesa en 2024 gracias a la colaboración entre la Asociación Japonesa de Fabricantes de Instrumentos Analíticos y el Ministerio de Economía, Comercio e Industria.
Esta estandarización resuelve un importante cuello de botella en la investigación de materiales al establecer formatos unificados tanto para los portamuestras como para la recopilación de datos. “Hoy en día, los laboratorios no son meramente lugares donde se alojan instrumentos experimentales, sino fábricas para la producción de materiales y datos, donde el equipamiento experimental opera como un sistema”, señala el profesor Hitosugi.
De cara al futuro, el equipo planea mejorar el sistema mediante la estandarización del software de orquestación y la programación para gestionar con mayor eficiencia las tareas de múltiples muestras. “Nuestro objetivo es digitalizar el entorno de investigación y desarrollo, formar investigadores capaces de utilizar estas tecnologías y facilitar el intercambio y aprovechamiento de datos”, afirma Kazunori Nishio, autor principal y profesor asociado especialmente designado en el Instituto de Ciencia de Tokio. “Este entorno permitirá aprovechar plenamente la creatividad de los investigadores”.