Группа исследователей из Токийского университета представила инновационную систему цифровой лаборатории, которая знаменует собой смену парадигмы в проведении исследований в области материаловедения.
Система dLab, подробно описанная в недавней публикации журнала Digital Discovery, состоит из физически объединённых модульных экспериментальных приборов, обеспечивающих полную автоматизацию — от синтеза материала до комплексных измерений его свойств. Такая интеграция позволяет передать рутинные экспериментальные задачи роботизированным системам, управляемым алгоритмами машинного обучения.
«Мы продемонстрировали, что система способна автономно синтезировать тонкопленочный материал, заданный исследователем», — объясняет профессор Таро Хитосуги из Высшей школы естественных наук Токийского университета. Его команда успешно осуществила автономный синтез тонкопленочных катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов и их структурную оценку с помощью измерений рентгеновских дифракционных паттернов.
Архитектура dLab включает две основные системы: одну для интеграции экспериментальных приборов с целью автоматизации синтеза и измерений материалов, и другую — для сбора и анализа данных. Каждый измерительный прибор выводит данные в стандартизированном XML-формате под названием MaiML (Measurement Analysis Instrument Markup Language), который в 2024 году был зарегистрирован в качестве японского промышленного стандарта благодаря сотрудничеству Японской ассоциации производителей аналитических приборов и Министерства экономики, торговли и промышленности Японии.
Эта стандартизация решает ключевую проблему материаловедения, устанавливая единые форматы для держателей образцов и сбора данных. «Сегодня лаборатории — это не просто помещения для размещения экспериментальных приборов, а настоящие фабрики по производству материалов и данных, где оборудование работает как единая система», — отмечает профессор Хитосуги.
В будущем команда планирует усовершенствовать систему, стандартизировав программное обеспечение для оркестрации и планирования, чтобы эффективнее управлять задачами для множества образцов. «Наша цель — цифровизация среды исследований и разработок, подготовка специалистов, способных использовать эти технологии, а также содействие обмену и использованию данных», — говорит ведущий автор Кадзунори Нисио, специально назначенный доцент Института науки Токио. «Такая среда позволит в полной мере раскрыть творческий потенциал исследователей».