Une équipe de chercheurs de l’Université de Tokyo a dévoilé un système de laboratoire numérique novateur qui marque un changement de paradigme dans la façon dont la recherche en science des matériaux est menée.
Le système dLab, décrit dans une récente publication de la revue Digital Discovery, est composé d’instruments expérimentaux modulaires physiquement interconnectés, permettant une automatisation complète, de la synthèse des matériaux jusqu’aux mesures exhaustives de leurs propriétés. Cette intégration permet aux chercheurs de confier les tâches expérimentales répétitives à des systèmes robotiques contrôlés par des algorithmes d’apprentissage automatique.
« Nous avons démontré que le système peut synthétiser de façon autonome un matériau en couche mince spécifié par un chercheur », explique le professeur Taro Hitosugi de l’École supérieure des sciences de l’Université de Tokyo. Son équipe a réussi à démontrer la synthèse autonome de couches minces d’électrodes positives pour batteries lithium-ion, ainsi que leur évaluation structurale par mesures de diffraction des rayons X.
L’architecture dLab comprend deux systèmes principaux : l’un intègre les instruments expérimentaux pour la synthèse automatisée des matériaux et les mesures, et l’autre gère la collecte et l’analyse des données. Chaque instrument de mesure produit des données dans un format XML standardisé appelé MaiML (Measurement Analysis Instrument Markup Language), qui a été enregistré comme norme industrielle japonaise en 2024 grâce à une collaboration entre l’Association japonaise des fabricants d’instruments analytiques et le Ministère de l’économie, du commerce et de l’industrie.
Cette standardisation répond à un goulot d’étranglement majeur dans la recherche sur les matériaux en établissant des formats unifiés pour les supports d’échantillons et la collecte de données. « Aujourd’hui, les laboratoires ne sont plus simplement des lieux où l’on entrepose des instruments expérimentaux, mais plutôt des usines de production de matériaux et de données, où l’équipement fonctionne comme un système », souligne le professeur Hitosugi.
Pour l’avenir, l’équipe prévoit d’améliorer le système en standardisant les logiciels d’orchestration et la planification des tâches afin de gérer plus efficacement plusieurs échantillons. « Nous visons à numériser l’environnement de recherche et développement, à former des chercheurs capables d’utiliser ces technologies et à faciliter le partage et l’utilisation des données », affirme Kazunori Nishio, auteur principal et professeur associé spécialement nommé à l’Institut des sciences de Tokyo. « Cet environnement permettra de libérer pleinement la créativité des chercheurs. »