Zespół naukowców z Uniwersytetu Tokijskiego zaprezentował innowacyjny system cyfrowego laboratorium, który stanowi przełom w sposobie prowadzenia badań nad materiałami.
System dLab, opisany w najnowszej publikacji w czasopiśmie Digital Discovery, składa się z fizycznie połączonych, modułowych instrumentów eksperymentalnych, umożliwiających pełną automatyzację – od syntezy materiałów po kompleksowe pomiary ich właściwości. Takie zintegrowane podejście pozwala naukowcom powierzyć powtarzalne zadania eksperymentalne systemom robotycznym sterowanym przez algorytmy uczenia maszynowego.
„Wykazaliśmy, że system potrafi autonomicznie zsyntezować cienkowarstwowy materiał wskazany przez badacza” – wyjaśnia profesor Taro Hitosugi z Wydziału Nauk Ścisłych Uniwersytetu Tokijskiego. Jego zespół z powodzeniem przeprowadził autonomiczną syntezę cienkowarstwowych elektrod dodatnich do akumulatorów litowo-jonowych oraz ocenę ich struktury za pomocą pomiarów dyfrakcji rentgenowskiej.
Architektura dLab składa się z dwóch głównych systemów: jednego integrującego instrumenty eksperymentalne do automatycznej syntezy i pomiarów materiałów oraz drugiego odpowiedzialnego za zbieranie i analizę danych. Każde urządzenie pomiarowe generuje dane w ustandaryzowanym formacie XML o nazwie MaiML (Measurement Analysis Instrument Markup Language), który w 2024 roku został zarejestrowany jako Japońska Norma Przemysłowa dzięki współpracy Japońskiego Stowarzyszenia Producentów Aparatury Analitycznej oraz Ministerstwa Gospodarki, Handlu i Przemysłu.
Ta standaryzacja rozwiązuje kluczowy problem w badaniach nad materiałami, ustanawiając jednolite formaty zarówno dla uchwytów próbek, jak i zbierania danych. „Obecnie laboratoria to nie tylko miejsca przechowywania aparatury eksperymentalnej, lecz raczej fabryki produkujące materiały i dane, gdzie sprzęt badawczy działa jako zintegrowany system” – zauważa profesor Hitosugi.
W przyszłości zespół planuje udoskonalić system poprzez standaryzację oprogramowania do orkiestracji i harmonogramowania, aby jeszcze efektywniej zarządzać zadaniami dla wielu próbek. „Naszym celem jest cyfryzacja środowiska badawczo-rozwojowego, kształcenie naukowców potrafiących wykorzystywać te technologie oraz ułatwienie dzielenia się i wykorzystywania danych” – mówi główny autor Kazunori Nishio, specjalnie powołany profesor nadzwyczajny w Instytucie Nauki w Tokio. „Takie środowisko w pełni wykorzysta kreatywność badaczy.”