Et forskerhold ved Tokyos Universitet har præsenteret et innovativt digitalt laboratorium, der markerer et paradigmeskifte i, hvordan forskning inden for materialeforskning udføres.
Dlab-systemet, som er beskrevet i en nylig publikation i tidsskriftet Digital Discovery, består af fysisk sammenkoblede modulære eksperimentelle instrumenter, der muliggør fuld automatisering fra materialesyntese til omfattende egenskabsmålinger. Denne integration gør det muligt for forskere at overlade gentagne eksperimentelle opgaver til robotsystemer styret af maskinlæringsalgoritmer.
"Vi har demonstreret, at systemet autonomt kan syntetisere et tyndfilm-materiale specificeret af en forsker," forklarer professor Taro Hitosugi fra Tokyos Universitets Naturvidenskabelige Fakultet. Hans team har med succes demonstreret autonom syntese af lithium-ion positivelektrode-tyndfilm og deres strukturelle evaluering via røntgendiffraktionsmålinger.
Dlab-arkitekturen består af to primære systemer: ét, der integrerer eksperimentelle instrumenter til automatiseret materialesyntese og målinger, og ét, der håndterer dataindsamling og analyse. Hvert måleinstrument udskriver data i et standardiseret XML-format kaldet MaiML (Measurement Analysis Instrument Markup Language), som i 2024 blev registreret som japansk industristandard gennem et samarbejde mellem Japan Analytical Instruments Manufacturers Association og Ministeriet for Økonomi, Handel og Industri.
Denne standardisering løser en kritisk flaskehals i materialeforskning ved at etablere ensartede formater for prøveholdere og dataindsamling. "I dag er laboratorier ikke blot steder, hvor eksperimentelle instrumenter opbevares, men snarere fabrikker til produktion af materialer og data, hvor eksperimentelt udstyr fungerer som et system," bemærker professor Hitosugi.
Fremadrettet planlægger teamet at forbedre systemet ved at standardisere orkestreringssoftware og planlægning for mere effektiv håndtering af opgaver for flere prøver. "Vi sigter mod at digitalisere forsknings- og udviklingsmiljøet, uddanne forskere, der kan udnytte disse teknologier, og fremme deling og anvendelse af data," siger hovedforfatter Kazunori Nishio, særlig udnævnt lektor ved Institute of Science Tokyo. "Dette miljø vil fuldt ud udnytte forskernes kreativitet."