كشف فريق من الباحثين في جامعة طوكيو عن نظام مختبر رقمي مبتكر يمثل تحولاً جذرياً في طريقة إجراء أبحاث علوم المواد.
يتكون نظام dLab، الذي تم تفصيله في منشور حديث بمجلة Digital Discovery، من أجهزة تجريبية معيارية مترابطة مادياً تتيح الأتمتة الكاملة بدءاً من تصنيع المواد وصولاً إلى قياس خصائصها بشكل شامل. يتيح هذا التكامل للباحثين تفويض المهام التجريبية المتكررة إلى أنظمة روبوتية تُدار بخوارزميات تعلم آلي.
يشرح البروفيسور تارو هيتوسوجي من كلية العلوم بجامعة طوكيو: "أثبتنا أن النظام قادر على تصنيع مادة رقيقة يحددها الباحث بشكل مستقل". وقد نجح فريقه في عرض تصنيع ذاتي لأغشية رقيقة لأقطاب الليثيوم الموجبة وتقييم بنيتها من خلال قياسات نمط حيود الأشعة السينية.
تتكون بنية dLab من نظامين رئيسيين: أحدهما يدمج الأجهزة التجريبية لأتمتة تصنيع المواد وقياسها، والآخر يتولى جمع البيانات وتحليلها. كل جهاز قياس يُخرج البيانات بتنسيق XML موحد يُسمى MaiML (لغة ترميز أجهزة تحليل القياس)، والتي تم تسجيلها كمعيار صناعي ياباني في عام 2024 من خلال تعاون بين جمعية مصنعي أجهزة التحليل اليابانية ووزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة.
تعالج هذه المعايير عقبة رئيسية في أبحاث المواد من خلال وضع تنسيقات موحدة لحاملات 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 بكفاءة أكبر. ويقول المؤلف الرئيسي كازونوري نييشيو، الأستاذ المشارك المعين بشكل خاص في معهد طوكيو للعلوم: "نهدف إلى رقمنة بيئة البحث والتطوير، وتطوير باحثين قادرين على استثمار هذه التقنيات، وتسهيل مشاركة البيانات واستخدامها". ويضيف: "هذه البيئة ستستفيد بالكامل من إبداع الباحثين".