Μια ομάδα ερευνητών του Πανεπιστημίου του Τόκιο παρουσίασε ένα καινοτόμο σύστημα ψηφιακού εργαστηρίου που σηματοδοτεί μια αλλαγή παραδείγματος στον τρόπο διεξαγωγής της έρευνας στην επιστήμη των υλικών.
Το σύστημα dLab, όπως περιγράφεται σε πρόσφατη δημοσίευση στο περιοδικό Digital Discovery, αποτελείται από φυσικά διασυνδεδεμένα αρθρωτά πειραματικά όργανα που επιτρέπουν την πλήρη αυτοματοποίηση από τη σύνθεση υλικών έως και τις ολοκληρωμένες μετρήσεις ιδιοτήτων. Αυτή η ενσωμάτωση δίνει τη δυνατότητα στους ερευνητές να αναθέτουν επαναλαμβανόμενες πειραματικές εργασίες σε ρομποτικά συστήματα που ελέγχονται από αλγορίθμους μηχανικής μάθησης.
"Δείξαμε ότι το σύστημα μπορεί να συνθέσει αυτόνομα ένα λεπτό υμένιο υλικού που ορίζει ο ερευνητής," εξηγεί ο καθηγητής Τάρο Χιτοσούγκι από τη Σχολή Θετικών Επιστημών του Πανεπιστημίου του Τόκιο. Η ομάδα του πέτυχε την αυτόνομη σύνθεση λεπτών υμενίων θετικού ηλεκτροδίου ιόντων λιθίου και την αξιολόγηση της δομής τους μέσω μετρήσεων διαγράμματος περιθλάσεως ακτίνων Χ.
Η αρχιτεκτονική του dLab αποτελείται από δύο βασικά συστήματα: το ένα ενσωματώνει τα πειραματικά όργανα για αυτοματοποιημένη σύνθεση υλικών και μετρήσεις, ενώ το άλλο διαχειρίζεται τη συλλογή και ανάλυση δεδομένων. Κάθε όργανο μέτρησης εξάγει δεδομένα σε μια τυποποιημένη μορφή XML που ονομάζεται MaiML (Measurement Analysis Instrument Markup Language), η οποία καταχωρήθηκε ως Ιαπωνικό Βιομηχανικό Πρότυπο το 2024 μέσω συνεργασίας της Ένωσης Κατασκευαστών Αναλυτικών Οργάνων Ιαπωνίας και του Υπουργείου Οικονομίας, Εμπορίου και Βιομηχανίας.
Αυτή η τυποποίηση αντιμετωπίζει ένα κρίσιμο σημείο συμφόρησης στην έρευνα υλικών, θεσπίζοντας ενιαίες μορφές για τις θήκες δειγμάτων και τη συλλογή δεδομένων. "Σήμερα, τα εργαστήρια δεν είναι απλώς χώροι για τη στέγαση πειραματικών οργάνων, αλλά εργοστάσια παραγωγής υλικών και δεδομένων, όπου ο πειραματικός εξοπλισμός λειτουργεί ως σύστημα," σημειώνει ο καθηγητής Χιτοσούγκι.
Κοιτώντας προς το μέλλον, η ομάδα σχεδιάζει να βελτιώσει το σύστημα με τυποποίηση του λογισμικού ορχήστρωσης και του προγραμματισμού, ώστε να διαχειρίζεται πιο αποδοτικά τις εργασίες για πολλαπλά δείγματα. "Στόχος μας είναι να ψηφιοποιήσουμε το περιβάλλον έρευνας και ανάπτυξης, να καλλιεργήσουμε ερευνητές που μπορούν να αξιοποιήσουν αυτές τις τεχνολογίες και να διευκολύνουμε την ανταλλαγή και αξιοποίηση δεδομένων," δηλώνει ο κύριος συγγραφέας Καζουνόρι Νίσιo, ειδικά διορισμένος αναπληρωτής καθηγητής στο Ινστιτούτο Επιστημών Τόκιο. "Αυτό το περιβάλλον θα αξιοποιήσει πλήρως τη δημιουργικότητα των ερευνητών."