Laboratorio automatizado acelera el desarrollo de materiales

La E-MAP consiste en un sistema cerrado en el que se llevan a cabo experimentos de materiales automatizados con robots en una atmósfera protectora. (Imagen: Holger Röhm, KIT)

Estudiar, evaluar y desarrollar sistemáticamente miles de variantes de materiales — eso es posible gracias a la nueva Plataforma de Aceleración de Materiales de Energía (E-MAP) en el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT). Combina experimentos automatizados con caracterización precisa de materiales y crea así la base para un desarrollo acelerado de materiales energéticos.

Para nuevos materiales funcionales, a menudo es necesario probar numerosas combinaciones de materiales. Los experimentos tradicionales alcanzan rápidamente sus límites cuando se deben comparar muchas variantes. Por eso, la nueva Plataforma de Aceleración de Materiales de Energía (E-MAP) en el KIT automatiza pasos clave en el laboratorio. “Los sistemas robotizados se encargan, entre otras cosas, de la preparación de materiales, la manipulación de muestras, la deposición de capas delgadas y su caracterización”, dice el Dr. Holger Röhm del Instituto de Tecnología de la Luz (LTI) del KIT, cuyo equipo de investigación ha desarrollado la plataforma. “Esto permite realizar experimentos con alta precisión y reproducibilidad. Con la E-MAP, podemos identificar más rápidamente qué composiciones de materiales y condiciones de fabricación son especialmente prometedoras para una determinada aplicación.”

Construcción modular y ampliación flexible

La E-MAP está integrada en un sistema cerrado. Esto permite procesar materiales sensibles en condiciones controladas.

La plataforma fabrica capas delgadas a partir de materiales de partida basados en soluciones. Un sistema de microfluídica permite la fabricación y formulación automatizada de tintas semiconductoras. Los investigadores añaden continuamente otros métodos para la caracterización de capas delgadas. “Una ventaja fundamental de la E-MAP es su estructura modular”, explica el profesor Alexander Colsmann del LTI del KIT. “Podemos integrar nuevos experimentos y métodos de caracterización y adaptar la plataforma a diferentes preguntas científicas. También, socios de la ciencia y la industria pueden aportar sus propios métodos y dispositivos.”

De experimentos automatizados a desarrollo de materiales asistido por IA

Con la automatización, se generan grandes cantidades de datos experimentales. Los investigadores quieren analizarlos en el futuro con métodos de inteligencia artificial. Así, se pueden identificar combinaciones de materiales prometedoras ya en simulaciones virtuales y gestionar procesos de cribado autónomos o semi-autónomos. Para ello, integran varias plataformas de investigación automatizadas. “Cuando se vinculan la síntesis, el procesamiento, la caracterización y el análisis de datos, surge un proceso de investigación en el que podemos planificar y realizar experimentos cada vez más impulsados por datos”, dice Röhm.

Sobre E-MAP

La Plataforma de Aceleración de Materiales de Energía (E-MAP) es un Laboratorio Autónomo (SDL), es decir, una plataforma de investigación que funciona de manera en gran medida de forma autónoma. Estos SDL son un componente central de la Agenda de Alta Tecnología alemana. La construcción de la E-MAP comenzó en 2023. Hasta ahora, el KIT ha destinado alrededor de 600.000 euros para el equipamiento técnico de la plataforma. La Fundación Carl Zeiss apoyó el desarrollo en los últimos años dentro del proyecto de investigación KeraSolar. La E-MAP está integrada en la prevista Alianza de Aceleración Helmholtz (HELMA), que busca conectar plataformas de investigación autónomas en ciencias de materiales y ciencias de la vida a través de varios centros Helmholtz.