Il coronavirus Covid-19, la ricerca di farmaci e un vaccino ha messo in luce un fatto spesso sconosciuto al grande pubblico ma ben noto nella comunità scientifica: il processo scientifico è noioso e spesso dispendioso in termini di tempo. Accelerare il processo scientifico senza sacrificare la precisione è stato un sogno che gli scienziati hanno inseguito per anni. Ora, i ricercatori hanno progettato un nuovo robot chimico autonomo in grado di completare i compiti 1.000 volte più velocemente degli scienziati umani, liberandoli per fare nuove importanti scoperte.
Il robot chimico per spostarsi nell’ambiente circostante anziché guidato dalla visione utilizza la scansione laser e il feedback tattile, non ha bisogno di una faccia simile a quella umana; allo stesso modo, invece di manipolare le fiale con precarie braccia umane o muoversi in laboratorio su gambe instabili simili a quelle umane, può girare autonomamente all’interno di un laboratorio e completare esperimenti scientifici usando un braccio singolo incredibilmente sensibile e preciso (vedi video).
Il robot chimico con proporzioni simili all’uomo, è stato progettato per adattarsi allo spazio di laboratorio preesistente e iniziare direttamente l’esplorazione scientifica senza bisogno di modifiche specialistiche. È in grado dopo mezza giornata di addestramento umano, di lavorare autonomamente su esperimenti scientifici per oltre 20 ore di fila.
Il robot chimico presentato nella rivista Nature, è stato progettato dai ricercatori dell’Università di Liverpool nel Regno Unito. Andrew Cooper, direttore del dipartimento di chimica e di innovazione dei materiali dell’Università di Liverpool, responsabile dello studio, ha detto:
«Il nuovo robot chimico introdotto nei laboratori di chimica in modo cruciale si distingue dagli altri tipi di robot scientifici. Ci sono alcuni strumenti in chimica che le persone chiamano robot, non sono nuovi dispositivi, ma fino a ora, quasi tutti i sistemi automatizzati sono stati costruiti per fare un compito particolare, sostanzialmente sono cablati. L’idea del nostro robot chimico è diversa perché abbiamo automatizzato il ricercatore, ovvero abbiamo costruito un robot che utilizza strumenti come farebbe un umano; poiché non è limitato a una singola attività, in realtà può essere molto più utile e flessibile in un ambiente di laboratorio».
Test del robot chimico
Il robot chimico ha avuto il compito di aiutare gli scienziati a scoprire un nuovo fotocatalizzatore, una sostanza chimica che se esposta alla luce solare si separerebbe in idrogeno e acqua, questo tipo di catalizzatori sono importanti per la produzione di energia pulita perché consentono la raccolta dell’idrogeno senza l’uso di combustibili fossili, ma trovare un catalizzatore ottimizzato è come cercare un ago in un pagliaio.
L’esperimento per la ricerca del nuovo fotocatalizzatore è così vasto e richiederebbe mesi di esplorazione ai ricercatori umani. Gli scienziati hanno usato il loro robot chimico per fare lo stesso lavoro in poco più di una settimana. Il robot chimico tarato su parametri indicati dai ricercatori umani sul tipo di prodotti chimici che verrebbero utilizzati, ha scelto autonomamente tra 98 milioni di diversi possibili esperimenti e li ha condotti autonomamente in laboratorio per scoprire la sostanza chimica ottimizzata per questo catalizzatore. Il robot ha lavorato autonomamente per otto giorni, eseguendo 688 esperimenti in uno spazio sperimentale di dieci variabili, guidato da un algoritmo di ricerca bayesiana in batch (batch genericamente è una serie di comandi o operazioni svolte in modo sequenziale e automatico). La ricerca autonoma ha identificato miscele di fotocatalizzatori che erano sei volte più attive delle formulazioni iniziali, selezionando componenti utili e deselezionando quelli negativi.
Il robot chimico dopo aver completato gli esperimenti iniziali, è stato anche in grado di affinare la sua scoperta usando cinque ipotesi per restringere maggiormente le formule più ottimizzate, arrivando alla fine del processo a scoprire un nuovo catalizzatore che era sei volte più reattivo di quelli precedentemente scoperti.
Andrew Cooper per quanto riguarda l’ingresso dei robot chimici e il paventato timore che potrebbero sostituire o no gli scienziati umani ha detto:
«Il robot chimico in laboratorio non lo vediamo come sostituzione di posti di lavoro nella ricerca, non stiamo sostituendo lo scienziato, il robot è un elemento di supporto per aiutarlo a fare tutto il suo lavoro».
I ricercatori per facilitare la collaborazione e la comunicazione tra questi robot e le loro controparti umane, nei prossimi diciotto mesi lavoreranno per includere funzionalità come il riconoscimento vocale e una maggiore intelligenza nei robot. Ciò li aiuterebbe a lavorare meglio con gli scienziati nei propri laboratori e consentirebbe anche la collaborazione con gli “scienziati robot” nei laboratori di tutto il mondo.
