Un laboratorio automatizado acelera el desarrollo de materiales en el KIT
La nueva plataforma E-MAP del KIT combina robots y caracterización de precisión para investigar de forma autónoma materiales para fotovoltaica de capa delgada y otras aplicaciones optoelectrónicas.
Estudiar, evaluar y perfeccionar de forma sistemática miles de variantes de materiales: eso es lo que permite la nueva Energy Materials Acceleration Platform (E-MAP) del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT). La plataforma une experimentos automatizados con una caracterización precisa de los materiales y sienta así las bases para un desarrollo más rápido de materiales energéticos.
Para desarrollar nuevos materiales funcionales suele ser necesario probar numerosas combinaciones. Los experimentos convencionales llegan rápidamente a su límite cuando se quieren comparar muchas variantes. Por eso, la E-MAP automatiza en el laboratorio los pasos centrales del trabajo. «Los sistemas robóticos se encargan, entre otras tareas, de preparar los materiales, manipular las muestras, depositar las capas delgadas y caracterizarlas», explica el Dr. Holger Röhm, del Instituto de Tecnología de la Luz (Lichttechnisches Institut, LTI) del KIT, cuyo equipo construyó la plataforma. «Así es posible realizar experimentos con alta precisión y reproducibilidad. Con la E-MAP podemos identificar más rápido qué composiciones de materiales y condiciones de fabricación resultan especialmente prometedoras para una aplicación determinada».
Diseño modular y ampliable
La E-MAP está integrada en un sistema cerrado, lo que permite procesar incluso materiales sensibles en condiciones controladas.
La plataforma fabrica capas delgadas a partir de materiales de partida en solución. Un sistema de microfluídica permite producir y formular de forma automatizada tintas semiconductoras. Los investigadores amplían de manera continua la instalación con más métodos de caracterización de capas delgadas. «Una ventaja esencial de la E-MAP es su estructura modular», afirma el profesor Alexander Colsmann, también del LTI del KIT. «Podemos integrar nuevos experimentos y métodos de caracterización y adaptar así la plataforma a distintas preguntas científicas. También los socios de cooperación del mundo científico y de la industria pueden aportar sus propios métodos y equipos».
De los experimentos automatizados al desarrollo de materiales asistido por IA
La automatización genera grandes volúmenes de datos experimentales. Los investigadores planean analizarlos en el futuro con métodos de inteligencia artificial. De este modo, las combinaciones de materiales prometedoras podrán identificarse ya en simulaciones virtuales y se podrán controlar procesos de cribado (screening) autónomos o parcialmente autónomos. Para ello integran distintas plataformas de investigación automatizadas. «Cuando se conectan la síntesis, el procesamiento, la caracterización y el análisis de datos, surge un proceso de investigación en el que podemos planificar y realizar los experimentos de manera cada vez más basada en datos», señala Röhm.
Sobre la E-MAP
La Energy Materials Acceleration Platform (E-MAP) es un Self-Driving Lab (SDL), es decir, una plataforma de investigación que trabaja de forma ampliamente autónoma. Estos laboratorios son un componente central de la Agenda de Alta Tecnología (HighTech Agenda) de Alemania. La construcción de la E-MAP comenzó en 2023. Para su equipamiento técnico, el KIT ha aportado hasta ahora unos 600 000 euros. La Fundación Carl Zeiss (Carl-Zeiss-Stiftung) apoyó el desarrollo en los últimos años dentro del proyecto de investigación KeraSolar. La E-MAP forma parte de la planeada Helmholtz Acceleration Alliance (HELMA), que busca conectar plataformas de investigación autónomas en ciencias de los materiales y de la vida a través de varios centros Helmholtz.
Fuente: comunicado de prensa del KIT «Automatisiertes Labor beschleunigt Materialentwicklung» (en alemán). Traducción y adaptación: KIT AlumniClub Chile.