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KI-gesteuertes Digital-Labor revolutioniert Materialforschung

Forschende der Universität Tokio haben ein bahnbrechendes digitales Labor (dLab) entwickelt, das die Synthese und Bewertung von Dünnschichtmaterialien vollständig automatisiert. Das System nutzt maschinelles Lernen und Robotik, um Proben eigenständig herzustellen und umfassende Messungen ohne menschliches Eingreifen durchzuführen. Durch die Standardisierung von Datenformaten und die Vernetzung modularer Instrumente beschleunigt dLab die Materialentwicklung und ermöglicht es Forschenden, sich auf kreative Aspekte wissenschaftlicher Entdeckungen zu konzentrieren.
KI-gesteuertes Digital-Labor revolutioniert Materialforschung

Ein Team von Forschenden an der Universität Tokio hat ein innovatives digitales Laborsystem vorgestellt, das einen Paradigmenwechsel in der Materialwissenschaft markiert.

Das dLab-System, das kürzlich in der Fachzeitschrift Digital Discovery vorgestellt wurde, besteht aus physisch miteinander verbundenen, modularen Experimentiergeräten, die eine vollständige Automatisierung von der Materialsynthese bis hin zu umfassenden Eigenschaftsmessungen ermöglichen. Diese Integration erlaubt es den Forschenden, wiederkehrende experimentelle Aufgaben an robotische Systeme zu delegieren, die von Algorithmen des maschinellen Lernens gesteuert werden.

„Wir haben gezeigt, dass das System eigenständig ein vom Forschenden spezifiziertes Dünnschichtmaterial synthetisieren kann“, erklärt Professor Taro Hitosugi von der Graduiertenschule für Naturwissenschaften der Universität Tokio. Sein Team demonstrierte erfolgreich die autonome Synthese von Lithium-Ionen-Positiv-Elektroden-Dünnschichten sowie deren strukturelle Bewertung mittels Röntgenbeugungsmessungen.

Die dLab-Architektur umfasst zwei Hauptsysteme: eines, das Experimentiergeräte für automatisierte Materialsynthese und Messungen integriert, und ein weiteres, das die Datenerfassung und -analyse übernimmt. Jedes Messinstrument gibt Daten in einem standardisierten XML-Format namens MaiML (Measurement Analysis Instrument Markup Language) aus, das 2024 durch die Zusammenarbeit der Japan Analytical Instruments Manufacturers Association und des japanischen Ministeriums für Wirtschaft, Handel und Industrie als japanischer Industriestandard registriert wurde.

Diese Standardisierung löst einen entscheidenden Engpass in der Materialforschung, indem sie einheitliche Formate für Probenhalter und Datenerfassung etabliert. „Heutzutage sind Labore nicht mehr nur Orte, an denen Experimentiergeräte untergebracht sind, sondern vielmehr Fabriken zur Herstellung von Materialien und Daten, in denen die Experimentierausrüstung als System arbeitet“, betont Professor Hitosugi.

Für die Zukunft plant das Team, das System durch die Standardisierung von Orchestrierungssoftware und Zeitplanung weiter zu verbessern, um Aufgaben für mehrere Proben effizienter zu verwalten. „Wir wollen die Forschungs- und Entwicklungsumgebung digitalisieren, Forschende ausbilden, die diese Technologien nutzen können, und den Austausch sowie die Nutzung von Daten fördern“, sagt Hauptautor Kazunori Nishio, außerordentlicher Professor am Institute of Science Tokyo. „Diese Umgebung wird die Kreativität der Forschenden voll ausschöpfen.“

Source: Sciencedaily

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