Tokyo, il laboratorio dove i robot stanno sostituendo gli scienziati (quasi) del tutto

Un laboratorio di biologia a Tokyo utilizza robot a due bracci e intelligenza artificiale per svolgere attività di routine, liberando i ricercatori da compiti ripetitivi. L'obiettivo è creare un laboratorio completamente autonomo entro il 2040 o il 2050.

In un laboratorio di biologia di Tokyo, alcune attività di routine vengono ora svolte non più da studenti laureati e tecnici di laboratorio, ma da 10 robot a due braccia.

Le macchine trasferiscono liquidi, coltivano cellule in piastre di coltura, controllano strumenti scientifici ed eseguono compiti che in genere richiedono ore di lavoro manuale ripetitivo. L’obiettivo successivo dei ricercatori giapponesi è molto più ambizioso: entro il 2040 o il 2050, intendono costruire un laboratorio con migliaia di robot, accessibile a scienziati di tutto il mondo.

Ad aprile è stato inaugurato un laboratorio automatizzato presso il Centro di Innovazione Robotica dell’Istituto di Scienze di Tokyo. Secondo Genki Kanda, specialista in automazione, il laboratorio sarà a disposizione anche di altri ricercatori dell’istituto entro il 2026. A lungo termine, l’obiettivo del centro è quello di trasformarsi da sito sperimentale in una struttura su scala industriale, dove i robot condurranno esperimenti biologici con un intervento umano minimo o nullo.

L’automazione non è una novità nelle scienze biologiche. I ricercatori utilizzano sistemi robotici, come i sistemi di elaborazione dei campioni a braccio singolo, da oltre un decennio.

Ma i robot a due bracci offrono di più: possono azionare più facilmente strumenti, spostare vetreria, usare pipette, cambiare materiali ed eseguire compiti simili a quelli svolti da un essere umano su un banco di lavoro. Yan Zeng, scienziato dei materiali presso la Vanderbilt University, ritiene che un laboratorio con migliaia di robot potrebbe diventare una struttura simile al CERN per la biologia, se il team giapponese riuscisse ad aprire un centro di questo tipo per progetti internazionali.

La caratteristica principale che contraddistingue il laboratorio di Tokyo non sono solo i suoi bracci robotici. I robot lavorano a fianco di programmi di intelligenza artificiale che aiutano a prendere decisioni durante gli esperimenti. Secondo il chimico Andrew Cooper dell’Università di Liverpool, tali sistemi non si limitano più a ripetere azioni predeterminate. Sono in grado di analizzare i metodi e migliorare le condizioni sperimentali.

Kanda ha citato l’esempio delle cellule staminali umane. Il programma di intelligenza artificiale del suo team ha selezionato e testato 144 diverse condizioni in 111 giorni per trovare il regime di coltura ottimale. In un altro esperimento, il sistema ha fotografato le cellule in crescita nelle piastre di coltura, ne ha previsto la crescita futura e ha calcolato il momento migliore per raccogliere la coltura. I robot hanno anche monitorato le colture cellulari per otto giorni consecutivi mentre i ricercatori erano in vacanza.

In biologia, tali compiti sono particolarmente tediosi. Le colture cellulari richiedono una manutenzione costante: cambiare il terreno di coltura, monitorare la salute delle cellule, mantenere la sterilità e non perdere il momento in cui la coltura è pronta per la fase successiva. Un errore o un ritardo possono compromettere l’esperimento. I robot aiutano ad alleggerire il carico di lavoro umano, alleggerendo la costante supervisione e dando ai ricercatori più tempo per pianificare gli esperimenti, analizzare i dati e sviluppare nuove idee.

Il laboratorio non è ancora completamente autosufficiente. Il team di Kanda si occupa ancora della preparazione dei reagenti e dei materiali, del rifornimento dei materiali di consumo, della risoluzione dei problemi e della pulizia al termine degli esperimenti. Se durante il lavoro i reagenti o i materiali monouso si esauriscono, è necessario l’intervento umano per il rifornimento. In caso di guasti alle apparecchiature o errori dei robot, i ricercatori intervengono anche manualmente.

Il team sta attualmente lavorando anche all’automazione di queste aree. Prevedono di dotare i robot di un software che si comporti in modo più simile a uno scienziato dotato di intelligenza artificiale: prendendo decisioni in caso di errori, adattando i protocolli alle specifiche esigenze del laboratorio e tenendo conto dei materiali, degli strumenti e dei limiti delle attrezzature disponibili. Gli sviluppatori immaginano un sistema di questo tipo non solo in grado di seguire le istruzioni, ma anche di adattare il piano sperimentale al variare delle condizioni.

I laboratori completamente autonomi potrebbero essere ancora lontani.

L’integrazione dell’intelligenza artificiale con i robot fisici rimane una complessa sfida ingegneristica e richiede una programmazione approfondita. In futuro, un robot dotato di intelligenza artificiale potrebbe riconoscere un errore, come la caduta di una provetta, e correggere la situazione senza intervento umano. Tuttavia, tali capacità sono ancora in fase di prototipo e non rientrano nella pratica quotidiana di laboratorio.

Anche nella sua forma attuale, il laboratorio di Tokyo dimostra come stia cambiando il lavoro degli scienziati. I robot non hanno ancora completamente sostituito i ricercatori né liberato il laboratorio dalla supervisione umana. Tuttavia, si stanno già occupando di compiti ripetitivi, aiutando a selezionare le condizioni sperimentali e a mantenere colture cellulari viventi per diversi giorni.

Il prossimo obiettivo per il team giapponese è trasformare 10 robot in un’infrastruttura in cui centinaia o migliaia di macchine possano condurre esperimenti per scienziati di diversi laboratori.

Carolina Vivianti

Carolina Vivianti è consulente/Advisor autonomo in sicurezza informatica con esperienza nel settore tech e security. Ha lavorato come Security Advisor per Ford EU/Ford Motor Company e Vodafone e ha studi presso la Sapienza Università di Roma.

Aree di competenza: Cybersecurity, IT Risk Management, Security Advisory, Threat Analysis, Data Protection, Cloud Security, Compliance & Governance