Laboratorios autónomos, el futuro ya está aquí

Rachel Brazil nos anticipa el futuro en Nature:

Con unas dimensiones de 5 metros cuadrados por 3 metros de alto, Eve ocupa al menos la mitad del espacio del laboratorio donde ahora se encuentra. 

Esta plataforma robótica, ubicada en la Universidad Tecnológica de Chalmers en Gotemburgo, Suecia, es una creación de Ross King, pionero en laboratorios autónomos. Funciona con inteligencia artificial, es autónoma y, según King, "bastante silenciosa". Pero también es rápida. A máxima velocidad, el brazo robótico de Eve puede moverse varios metros por segundo, con una precisión de posicionamiento de una fracción de milímetro. El equipo suele hacerla funcionar a menor velocidad; de lo contrario, explica King, "resulta demasiado intimidante".

Eve automatiza el proceso de diseño de fármacos en sus primeras etapas. Uno de los primeros logros de Eve se produjo en 2018, aproximadamente tres años después de su creación, cuando identificó que el compuesto antimicrobiano común triclosán puede actuar sobre una enzima crucial para la supervivencia de los parásitos de la malaria Plasmodium durante su fase latente en el hígado. Para ello, Eve analizó de forma independiente unos 1600 compuestos químicos y modeló la relación entre su estructura y su actividad para predecir cuáles merecían ser estudiados. King y su equipo dotaron al robot de conocimientos previos y un marco de aprendizaje automático para desarrollar hipótesis. Eve utilizó estos elementos para diseñar experimentos que pusieran a prueba dichas hipótesis y, lo que es crucial, los llevó a cabo por sí misma. El hallazgo ofreció a los investigadores una posible vía para combatir la malaria resistente al tratamiento. «Se trata de implementar el método científico en una máquina», afirma King.

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En 2009, King utilizó el predecesor de Eve para investigar algunos de los genes de levadura con funciones desconocidas (entre el 10 % y el 15 %). Bautizó al sistema como Adam, en referencia tanto al personaje bíblico como al economista del siglo XVIII Adam Smith, firme defensor de la mecanización industrial. King ve paralelismos en el futuro de la ciencia.

“Gran parte de la biología se realiza como un trabajo artesanal”, afirma King: un laboratorio con un investigador principal, becarios postdoctorales y estudiantes funciona de forma similar a como un artesano trabaja con sus aprendices. Los laboratorios autónomos, en cambio, se asemejan más a una cadena de producción. Como resultado, “la ciencia se hará de manera diferente, como en una fábrica”, añade.

La tecnología aún está en sus inicios, y la mayoría de los avances hasta ahora han sido graduales. Pero a medida que este campo se adentra en partes del proceso científico que normalmente realizan las personas —la lectura de la literatura, la planificación de experimentos, el análisis de datos y la decisión sobre qué hipótesis probar a continuación—, los investigadores tendrán que afrontar las implicaciones de estos avances para el futuro del laboratorio.

La anatomía de un laboratorio autónomo

Muchos sectores, desde la agricultura hasta la cirugía, están empezando a aprovechar el potencial de la robótica impulsada por IA. Por ejemplo, el fabricante de automóviles coreano Hyundai anunció en enero que desplegará decenas de miles de robots humanoides autónomos en sus plantas de fabricación, y que estos completarán el complejo proceso de ensamblaje de automóviles para 2030.

Los laboratorios industriales y los centros de análisis centralizados utilizan robots para agilizar la manipulación de líquidos y el análisis de muestras desde mediados de la década de 1980. Sin embargo, los laboratorios autónomos pueden ir mucho más allá. Al combinar inteligencia artificial, robótica e instrumentación automatizada, estas plataformas pueden diseñar y realizar experimentos con una mínima intervención humana.

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Adam está equipado con un congelador lleno de cepas de levadura mutantes y los productos químicos necesarios para medir el crecimiento celular en diversas condiciones. También cuenta con tres incubadoras, una centrífuga, dos lectores de códigos de barras, siete cámaras y 20 sensores ambientales. Tras recibir un objetivo general por parte de sus operadores humanos, desarrolla hipótesis de forma independiente y las pone a prueba, realizando experimentos mucho más rápido que un ser humano.

Contratar a un estudiante para el trabajo probablemente habría sido más barato, admite King. Pero su nuevo robot, Genesis, podrá realizar suficientes experimentos para que el proceso sea económicamente viable. King estima que Genesis costará 1 millón de libras esterlinas (1,3 millones de dólares estadounidenses) construirlo —el mismo precio que Adán o Eva individualmente—, pero calcula que, con el tiempo, será al menos diez veces más barato que la mano de obra humana. King planea usar el sistema —que ocupa una quinta parte del espacio que ocupa Eva— para modelar cómo interactúan los genes, las proteínas y las moléculas pequeñas en las células. Parte de esto implicará tomar alrededor de 10 000 mediciones de espectrometría de masas cada día.