Experimentos con apoyo de robots: La automatización en el laboratorio de química.
¿Un robot que puede realizar experimentos mil veces más rápido? Parece un avance revolucionario para la investigación. En la Universidad de Liverpool, los estudiantes de química lo han conseguido. Un KMR iiwa autónomo de KUKA apoya a los científicos en su búsqueda de combinaciones específicas de sustancias.
En muchos casos, la investigación científica significa sobre todo una cosa: paciencia. Para obtener resultados fiables, a menudo hay que repetir innumerables veces series de experimentos. Se requiere una precisión absoluta, ya que incluso pequeñas desviaciones -por ejemplo, en la composición del material- pueden ser decisivas.
¿Interminables y precisas repeticiones? Esta es la tarea perfecta para un robot, pensaron los investigadores del Departamento de Química de la Universidad de Liverpool, y sin más dilación desarrollaron una solución de automatización que puede llevar a cabo y supervisar las tareas de investigación, tomando decisiones autónomas sobre qué hacer a continuación.
Robótica para tareas de Sísifo.
El grupo del profesor Andy Cooper enseñó a un robot móvil KMR iiwa de KUKA a moverse de forma autónoma en un laboratorio, realizar experimentos y evaluar los resultados para determinar los siguientes pasos.
“Esta investigación consistía en desarrollar un nuevo fotocatalizador”, explica Andy Cooper, de la Universidad de Liverpool. Se trata de sustancias químicas que descomponen el agua en sus componentes, hidrógeno y oxígeno, cuando se exponen a la luz solar. Se trata de un proceso importante, sobre todo para la producción de energía limpia sin utilizar combustibles fósiles.
El problema: encontrar la combinación adecuada de elementos químicos capaces de hacerlo es una tarea de Sísifo: “En términos puramente matemáticos, había más de 98 millones de combinaciones, y a menudo es difícil saber por dónde empezar”, explica Cooper.
Con la inteligencia artificial al resultado correcto.
Para el personal humano del laboratorio, esta es una tarea casi imposible. “Por ello, el robot utiliza un algoritmo de optimización para reducir el número de experimentos”.
Guiado únicamente por un programa informático conectado de forma inalámbrica a la plataforma móvil, el KMR iiwa realiza los experimentos de forma autónoma. El ligero robot LBR iiwa mezcla las muestras en frascos de vidrio, las expone a una fuente de luz y analiza el resultado con ayuda de un cromatógrafo de gases.
Al igual que un investigador humano, la inteligencia artificial del robot es capaz de adaptar sus siguientes pasos al resultado de un experimento. La gran diferencia con sus colegas humanos es que el robot puede trabajar de forma continua, pensando en 10 dimensiones y sin perder nunca la concentración.
En sólo ocho días, el robot de KUKA consiguió realizar y documentar 688 experimentos. Dado que el robot sólo necesita una pausa de 90 minutos al día para cargar sus baterías, ofrece resultados unas 1.000 veces más rápido de lo que sería posible sin la automatización.
“Sin embargo, la gran ventaja de una solución de automatización no es necesariamente la velocidad”, dice el profesor Cooper, y añade que “aunque la velocidad es la principal ventaja”. “Pero se trata más bien de dar a los investigadores la oportunidad de realizar experimentos más ambiciosos y a mayor escala, que no serían posibles sólo con la fuerza humana”.
Para la navegación en el espacio, la plataforma móvil utiliza un sistema basado en láser. Esto permite al robot detectar de forma fiable si hay obstáculos en su camino, incluso, por ejemplo, si un empleado se cruza en su camino. La gran ventaja: la plataforma móvil puede utilizarse prácticamente en cualquier sala sin tener que hacer cambios ni comprar nuevas herramientas.
“En resumen: lo que puede trabajar un ser humano, en principio lo puede hacer el robot”, dice Cooper. Por tanto, el uso de sistemas robóticos podría facilitar mucho la vida de los investigadores tanto en las universidades como en los laboratorios de investigación industrial.
