Revolučný prístup k automatizácii laboratórií mení spôsob, akým vedci objavujú nové materiály. Výskumníci zo Štátnej univerzity v Severnej Karolíne vyvinuli samoriadiace laboratórium, ktoré zhromažďuje minimálne desaťkrát viac dát než predchádzajúce techniky, čím dramaticky zrýchľuje tempo objavovania materiálov.
Tento prelom, publikovaný v časopise Nature Chemical Engineering, využíva dynamické prietokové experimenty, pri ktorých chemické zmesi nepretržite pretekajú systémom a sú monitorované v reálnom čase. Ide o významný odklon od tradičných metód v ustálenom stave, ktoré vyžadujú čakanie na dokončenie reakcií pred ich analýzou.
„Teraz sme vytvorili samoriadiace laboratórium, ktoré využíva dynamické prietokové experimenty, kde sa chemické zmesi neustále menia a sú monitorované v reálnom čase,“ vysvetľuje Milad Abolhasani, profesor chemického a biomolekulárneho inžinierstva na NC State a hlavný autor štúdie. „Je to ako prechod z jednej snímky na celý film reakcie v reálnom čase.“
Systém nikdy neprestáva pracovať ani charakterizovať vzorky, pričom zachytáva dáta každú pol sekundu namiesto čakania na dokončenie každého experimentu. Táto nepretržitá prevádzka umožňuje algoritmom strojového učenia laboratória získavať oveľa viac kvalitných experimentálnych dát, čím sa ich predikcie stávajú presnejšími a schopnosť riešiť problémy sa zrýchľuje.
Okrem rýchlosti inovácia výrazne znižuje environmentálny dopad. „Znížením počtu potrebných experimentov systém dramaticky obmedzuje spotrebu chemikálií a tvorbu odpadu, čím podporuje udržateľnejšie výskumné postupy,“ poznamenáva Abolhasani. „Budúcnosť objavovania materiálov nie je len o tom, ako rýchlo sa tam dostaneme, ale aj o tom, ako zodpovedne sa tam dostaneme.“
Dôsledky pre riešenie globálnych výziev sú zásadné. Samoriadiace laboratóriá by mohli vedcom umožniť objaviť prelomové materiály pre čistú energiu, nové elektronické zariadenia či udržateľné chemikálie v priebehu dní namiesto rokov. Pri testovaní systém s dynamickým prietokom identifikoval optimálnych kandidátov na materiály už pri prvom pokuse po zaškolení, čo dokazuje jeho efektivitu.
Táto technológia je súčasťou širšieho trendu smerom k autonómnej vede, kde umelá inteligencia a robotika zrýchľujú objavovanie 10- až 100-násobne v porovnaní s tradičnými metódami. Ako sa tieto systémy budú ďalej vyvíjať, sľubujú rýchlejšie riešenia pre najnaliehavejšie spoločenské výzvy v oblasti energetiky, udržateľnosti a vývoja pokročilých materiálov.