"L'intégration de la robotique et de l'IA est sur le point de révolutionner les laboratoires scientifiques
En automatisant les tâches de routine, les scientifiques peuvent se concentrer sur des questions de recherche de plus haut niveau, ouvrant ainsi la voie à des percées plus rapides
Les laboratoires scientifiques de toutes les disciplines - chimie, biochimie et science des matériaux - sont sur le point de subir une transformation radicale, car l'automatisation robotique et l'IA permettent des expériences plus rapides et plus précises qui débouchent sur des percées dans des domaines tels que la santé, l'énergie et l'électronique, selon des chercheurs de l'UNC-Chapel Hill dans l'article intitulé "Transforming Science Labs into Automated Factories of Discovery" (Transformer les laboratoires scientifiques en usines automatisées de découverte), publié dans Science Robotics, la revue la plus prestigieuse traitant de la recherche en robotique.
"Aujourd'hui, le développement de nouvelles molécules, de nouveaux matériaux et de nouveaux systèmes chimiques nécessite un effort humain intensif", explique Ron Alterovitz, auteur principal de l'article et Lawrence Grossberg Distinguished Professor au département d'informatique. "Les scientifiques doivent concevoir des expériences, synthétiser des matériaux, analyser les résultats et répéter le processus jusqu'à ce que les propriétés souhaitées soient obtenues.
Cette approche par essais et erreurs prend du temps et demande beaucoup de travail, ce qui ralentit le rythme des découvertes. L'automatisation offre une solution. Les systèmes robotiques peuvent réaliser des expériences en continu sans fatigue humaine, ce qui accélère considérablement la recherche. Non seulement les robots exécutent des étapes expérimentales précises avec une plus grande cohérence que les humains, mais ils réduisent également les risques de sécurité en manipulant des substances dangereuses. En automatisant les tâches de routine, les scientifiques peuvent se concentrer sur des questions de recherche de plus haut niveau, ouvrant ainsi la voie à des percées plus rapides dans les domaines de la médecine, de l'énergie et du développement durable.
La robotique a le potentiel de transformer nos laboratoires scientifiques quotidiens en "usines" automatisées qui accélèrent la découverte, mais pour ce faire, nous avons besoin de solutions créatives pour permettre aux chercheurs et aux robots de collaborer dans le même environnement de laboratoire", a déclaré le Dr James Cahoon, coauteur de l'article et président du département de chimie. "Avec un développement continu, nous nous attendons à ce que la robotique et l'automatisation améliorent la vitesse, la précision et la reproductibilité des expériences à travers divers instruments et disciplines, générant des données que les systèmes d'intelligence artificielle peuvent analyser pour guider d'autres expériences".
Les chercheurs ont défini cinq niveaux d'automatisation des laboratoires pour illustrer la façon dont l'automatisation peut évoluer dans les laboratoires scientifiques :
- Automatisation assistée (A1) : À ce niveau, des tâches individuelles, telles que la manipulation de liquides, sont automatisées tandis que les humains s'occupent de la majorité du travail.
- Automatisation partielle (A2) : Les robots effectuent plusieurs étapes séquentielles, les humains se chargeant de l'installation et de la supervision.
- Automatisation conditionnelle (A3) : Les robots gèrent l'ensemble des processus expérimentaux, bien que l'intervention humaine soit nécessaire en cas d'événements inattendus.
- Automatisation poussée (A4) : Les robots exécutent les expériences de manière indépendante, en installant l'équipement et en réagissant aux conditions inhabituelles de manière autonome.
- Automatisation complète (A5) : À ce stade final, les robots et les systèmes d'IA fonctionnent en totale autonomie, y compris en matière d'auto-entretien et de gestion de la sécurité.
Les niveaux d'automatisation définis par les chercheurs peuvent être utilisés pour évaluer les progrès réalisés dans le domaine, aider à établir des protocoles de sécurité appropriés et fixer des objectifs pour la recherche future dans les domaines scientifiques et la robotique. Bien que les niveaux d'automatisation inférieurs soient courants aujourd'hui, parvenir à une automatisation élevée et complète est un défi de recherche qui nécessitera des robots capables d'opérer dans différents environnements de laboratoire, de gérer des tâches complexes et d'interagir avec les humains et d'autres systèmes d'automatisation de manière transparente.
L'intelligence artificielle joue un rôle clé dans l'avancement de l'automatisation au-delà des tâches physiques. L'IA peut analyser de vastes ensembles de données générés par les expériences, identifier des modèles et suggérer de nouveaux composés ou de nouvelles directions de recherche. L'intégration de l'IA dans le flux de travail des laboratoires leur permettra d'automatiser l'ensemble du cycle de recherche, de la conception des expériences à la synthèse des matériaux et à l'analyse des résultats.
Dans les laboratoires pilotés par l'IA, la boucle traditionnelle Conception-Fabrication-Test-Analyse (DMTA) peut devenir totalement autonome. L'IA pourrait déterminer les expériences à mener, procéder à des ajustements en temps réel et améliorer en permanence le processus de recherche. Bien que les systèmes d'IA aient déjà fait leurs preuves dans des tâches telles que la prévision des réactions chimiques et l'optimisation des voies de synthèse, les chercheurs soulignent que l'IA doit être surveillée de près afin d'éviter les risques, tels que la création accidentelle de matériaux dangereux.
La transition vers des laboratoires automatisés présente des défis techniques et logistiques importants. Les laboratoires diffèrent grandement dans leur configuration, allant des laboratoires à processus unique aux grandes installations à salles multiples. La mise au point de systèmes d'automatisation flexibles fonctionnant dans divers environnements nécessitera des robots mobiles capables de transporter des objets et d'effectuer des tâches sur plusieurs stations.
Il est tout aussi important de former les scientifiques à travailler avec des systèmes d'automatisation avancés. Les chercheurs devront non seulement développer une expertise dans leurs domaines scientifiques, mais aussi comprendre les capacités des robots, de la science des données et de l'IA pour accélérer leurs recherches. Former la prochaine génération de scientifiques à collaborer avec les ingénieurs et les informaticiens sera essentiel pour réaliser le plein potentiel des laboratoires automatisés.
"L'intégration de la robotique et de l'IA est sur le point de révolutionner les laboratoires scientifiques", a déclaré Angelos Angelopoulos, coauteur de l'article et assistant de recherche au sein du groupe de robotique computationnelle du Dr Alterovitz. "En automatisant les tâches routinières et en accélérant l'expérimentation, il est possible de créer un environnement où les découvertes sont plus rapides, plus sûres et plus fiables que jamais."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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