Un team di ricercatori dell’Università di Tokyo ha presentato un innovativo sistema di laboratorio digitale che rappresenta un cambio di paradigma nel modo in cui viene condotta la ricerca sulla scienza dei materiali.
Il sistema dLab, descritto in una recente pubblicazione sulla rivista Digital Discovery, è costituito da strumenti sperimentali modulari fisicamente interconnessi che consentono l’automazione completa dalla sintesi dei materiali fino alle misurazioni approfondite delle proprietà. Questa integrazione permette ai ricercatori di delegare compiti sperimentali ripetitivi a sistemi robotici controllati da algoritmi di apprendimento automatico.
"Abbiamo dimostrato che il sistema può sintetizzare autonomamente un materiale a film sottile specificato da un ricercatore", spiega il Professor Taro Hitosugi della Graduate School of Science dell’Università di Tokyo. Il suo team ha dimostrato con successo la sintesi autonoma di film sottili per elettrodi positivi agli ioni di litio e la loro valutazione strutturale tramite misurazioni dei pattern di diffrazione a raggi X.
L’architettura di dLab si compone di due sistemi principali: uno che integra gli strumenti sperimentali per la sintesi e le misurazioni automatizzate dei materiali, e un altro che gestisce la raccolta e l’analisi dei dati. Ogni strumento di misurazione produce dati in un formato XML standardizzato chiamato MaiML (Measurement Analysis Instrument Markup Language), registrato come Standard Industriale Giapponese nel 2024 grazie alla collaborazione tra la Japan Analytical Instruments Manufacturers Association e il Ministero dell’Economia, Commercio e Industria giapponese.
Questa standardizzazione affronta un importante collo di bottiglia nella ricerca sui materiali, stabilendo formati unificati per i portacampioni e la raccolta dei dati. "Oggi i laboratori non sono più semplicemente luoghi che ospitano strumenti sperimentali, ma vere e proprie fabbriche per la produzione di materiali e dati, dove le apparecchiature sperimentali operano come un sistema", osserva il Professor Hitosugi.
Guardando al futuro, il team prevede di migliorare il sistema standardizzando il software di orchestrazione e la pianificazione per gestire in modo più efficiente i compiti relativi a più campioni. "Miriamo a digitalizzare l’ambiente di ricerca e sviluppo, a formare ricercatori in grado di utilizzare queste tecnologie e a facilitare la condivisione e l’utilizzo dei dati", afferma l’autore principale Kazunori Nishio, professore associato presso l’Institute of Science Tokyo. "Questo ambiente valorizzerà appieno la creatività dei ricercatori."