Tokion yliopiston tutkijaryhmä on esitellyt innovatiivisen digitaalisen laboratoriokokonaisuuden, joka edustaa merkittävää muutosta materiaalitieteen tutkimuksen toimintatavoissa.
Äskettäin Digital Discovery -lehdessä julkaistussa artikkelissa kuvattu dLab-järjestelmä koostuu fyysisesti yhteen liitetyistä modulaarisista kokeellisista laitteista, jotka mahdollistavat täydellisen automaation materiaalin synteesistä laajoihin ominaisuusmittauksiin. Tämä integraatio antaa tutkijoille mahdollisuuden siirtää toistuvat kokeelliset tehtävät robottijärjestelmille, joita ohjaavat koneoppimisalgoritmit.
"Osoitimme, että järjestelmä pystyy itsenäisesti syntetisoimaan tutkijan määrittelemän ohutkalvomateriaalin", kertoo professori Taro Hitosugi Tokion yliopiston luonnontieteiden tiedekunnasta. Hänen tiiminsä onnistui demonstroimaan litiumioni-positiivielektrodin ohutkalvojen autonomisen synteesin sekä niiden rakenteellisen arvioinnin röntgendiffraktiokuvioiden avulla.
DLab-arkkitehtuuri koostuu kahdesta pääjärjestelmästä: toinen yhdistää kokeelliset laitteet automatisoituun materiaalin synteesiin ja mittauksiin, toinen vastaa datan keruusta ja analysoinnista. Jokainen mittauslaite tuottaa tietoa vakioidussa XML-muodossa nimeltä MaiML (Measurement Analysis Instrument Markup Language), joka rekisteröitiin Japanin teollisuusstandardiksi vuonna 2024 Japanin analyyttisten laitevalmistajien yhdistyksen ja talous-, kauppa- ja teollisuusministeriön yhteistyönä.
Tämä standardointi ratkaisee keskeisen pullonkaulan materiaalitutkimuksessa luomalla yhtenäiset muodot näytepidikkeille ja tietojen keruulle. "Nykyään laboratoriot eivät ole enää vain paikkoja, joissa säilytetään kokeellisia laitteita, vaan ne ovat tehtaita, joissa tuotetaan materiaaleja ja dataa, ja joissa kokeelliset laitteet toimivat järjestelmänä", toteaa professori Hitosugi.
Jatkossa tiimi aikoo kehittää järjestelmää edelleen vakioimalla orkestrointiohjelmiston ja aikataulutuksen, jotta useiden näytteiden käsittely olisi entistä tehokkaampaa. "Tavoitteenamme on digitalisoida tutkimus- ja kehitysympäristö, kouluttaa tutkijoita hyödyntämään näitä teknologioita sekä edistää datan jakamista ja hyödyntämistä", sanoo artikkelin pääkirjoittaja, erityisprofessori Kazunori Nishio Institute of Science Tokyosta. "Tämä ympäristö mahdollistaa tutkijoiden luovuuden täysimääräisen hyödyntämisen."