كشف فريق من الباحثين في جامعة طوكيو عن نظام مختبر رقمي مبتكر يمثل تحولاً جذرياً في طريقة إجراء أبحاث علوم المواد.
يتكوّن نظام dLab، الذي تم تفصيله في منشور حديث بمجلة Digital Discovery، من أجهزة تجريبية معيارية مترابطة فعلياً، تتيح أتمتة كاملة بدءاً من تصنيع المواد وصولاً إلى قياس خصائصها بشكل شامل. وتسمح هذه التكاملية للباحثين بتفويض المهام التجريبية المتكررة إلى أنظمة روبوتية يتم التحكم بها عبر خوارزميات التعلم الآلي.
يقول البروفيسور تارو هيتوسوجي من كلية العلوم بجامعة طوكيو: "أثبتنا أن النظام قادر على تصنيع مادة رقيقة يحددها الباحث بشكل ذاتي". وقد نجح فريقه في تنفيذ تصنيع ذاتي لأغشية رقيقة من أقطاب الليثيوم الموجبة وتقييم بنيتها من خلال قياسات أنماط حيود الأشعة السينية.
تتكون بنية dLab من نظامين رئيسيين: الأول يدمج الأجهزة التجريبية لأتمتة تصنيع المواد وقياسها، والثاني يتولى جمع البيانات وتحليلها. وتصدر كل أداة قياس بياناتها بتنسيق XML موحد يُسمى MaiML (لغة توصيف أدوات تحليل القياس)، والذي تم اعتماده كمعيار صناعي ياباني في عام 2024 من خلال تعاون بين رابطة مصنعي أجهزة التحليل اليابانية ووزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة.
تُعالج هذه المعايير عقبة أساسية في أبحاث المواد من خلال وضع صيغ موحدة لحوامل العينات وجمع البيانات. ويشير البروفيسور هيتوسوجي: "اليوم، لم تعد المختبرات مجرد أماكن لاحتواء الأجهزة التجريبية، بل أصبحت مصانع لإنتاج المواد والبيانات، حيث تعمل المعدات التجريبية كنظام متكامل".
وفي المستقبل، يخطط الفريق لتحسين النظام من خلال توحيد برمجيات التنسيق والجدولة لإدارة المهام لعدة عينات بشكل أكثر كفاءة. ويقول المؤلف الرئيسي كازونوري نييشيو، الأستاذ المساعد المعين بشكل خاص في معهد طوكيو للعلوم: "نهدف إلى رقمنة بيئة البحث والتطوير، وتأهيل باحثين قادرين على الاستفادة من هذه التقنيات، وتسهيل مشاركة البيانات واستخدامها". ويضيف: "ستتيح هذه البيئة الاستفادة الكاملة من إبداع الباحثين".