Un equipo de investigadores de la Universidad de Tokio ha presentado un innovador sistema de laboratorio digital que representa 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 publicación reciente en la revista Digital Discovery, consiste en instrumentos experimentales modulares interconectados físicamente que permiten la automatización completa desde la síntesis de materiales hasta la medición integral de sus propiedades. Esta integración permite a los investigadores delegar tareas experimentales repetitivas a sistemas robóticos controlados por algoritmos de aprendizaje automático.
"Demostramos que el sistema puede sintetizar de manera autónoma un material en película delgada especificado por un investigador", explica el profesor Taro Hitosugi de la Escuela de Posgrado en Ciencias de la Universidad de Tokio. Su equipo logró demostrar con éxito la síntesis autónoma de películas delgadas de electrodo positivo de ion-litio y su evaluación estructural mediante mediciones de patrones de difracción de rayos X.
La arquitectura de dLab comprende dos sistemas principales: uno que integra instrumentos experimentales para la síntesis y medición automatizada de materiales, y otro que gestiona la recolección y el análisis de datos. Cada instrumento de medición genera datos en un formato XML estandarizado llamado MaiML (Measurement Analysis Instrument Markup Language), el cual fue registrado como un Estándar Industrial Japonés en 2024 gracias a la colaboración entre la Asociación de Fabricantes de Instrumentos Analíticos de Japón y el Ministerio de Economía, Comercio e Industria.
Esta estandarización resuelve un cuello de botella crítico en la investigación de materiales al establecer formatos unificados para los portamuestras y la recolección de datos. "Hoy en día, los laboratorios no son solo lugares para albergar instrumentos experimentales, sino fábricas para producir materiales y datos, donde el equipo 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 tareas de múltiples muestras de manera más eficiente. "Nuestro objetivo es digitalizar el entorno de investigación y desarrollo, formar investigadores que puedan utilizar estas tecnologías y facilitar el intercambio y aprovechamiento de datos", comenta Kazunori Nishio, autor principal y profesor asociado especial en el Instituto de Ciencia de Tokio. "Este entorno aprovechará plenamente la creatividad de los investigadores."