Un approccio rivoluzionario all’automazione di laboratorio sta trasformando il modo in cui gli scienziati scoprono nuovi materiali. I ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato un laboratorio autodidatta che raccoglie almeno 10 volte più dati rispetto alle tecniche precedenti, accelerando notevolmente il ritmo della scoperta dei materiali.
La scoperta, pubblicata su Nature Chemical Engineering, utilizza esperimenti a flusso dinamico in cui le miscele chimiche scorrono continuamente attraverso il sistema mentre vengono monitorate in tempo reale. Questo rappresenta un cambiamento significativo rispetto ai tradizionali metodi a stato stazionario, che richiedono di attendere il completamento delle reazioni prima dell’analisi.
"Abbiamo ora creato un laboratorio autodidatta che sfrutta esperimenti a flusso dinamico, in cui le miscele chimiche vengono continuamente variate attraverso il sistema e monitorate in tempo reale", spiega Milad Abolhasani, Professore ALCOA di Ingegneria Chimica e Biomolecolare presso la NC State e autore corrispondente dello studio. "È come passare da una singola istantanea a un intero filmato della reazione mentre avviene."
Il sistema non si ferma mai né nell’esecuzione né nella caratterizzazione dei campioni, catturando dati ogni mezzo secondo invece di attendere la fine di ogni esperimento. Questa operatività continua consente agli algoritmi di apprendimento automatico del laboratorio di ricevere una quantità molto maggiore di dati sperimentali di alta qualità, rendendo le loro previsioni sempre più accurate e accelerando le capacità di risoluzione dei problemi.
Oltre alla velocità, l’innovazione riduce significativamente l’impatto ambientale. "Riducendo il numero di esperimenti necessari, il sistema taglia drasticamente l’uso di sostanze chimiche e la produzione di rifiuti, promuovendo pratiche di ricerca più sostenibili", osserva Abolhasani. "Il futuro della scoperta dei materiali non riguarda solo la velocità, ma anche la responsabilità con cui ci arriviamo."
Le implicazioni per affrontare le sfide globali sono profonde. I laboratori autodidatti potrebbero permettere agli scienziati di scoprire materiali rivoluzionari per l’energia pulita, nuovi dispositivi elettronici o sostanze chimiche sostenibili in pochi giorni invece che in anni. Nei test, il sistema a flusso dinamico ha identificato i materiali candidati ottimali già al primo tentativo dopo l’addestramento, dimostrando la sua efficienza.
Questa tecnologia fa parte di un movimento più ampio verso la scienza autonoma, in cui intelligenza artificiale e robotica accelerano la scoperta da 10 a 100 volte rispetto ai metodi tradizionali. Con l’evoluzione di questi sistemi, si prospettano soluzioni più rapide per le sfide più urgenti della società nei settori dell’energia, della sostenibilità e dello sviluppo di materiali avanzati.