Команда дослідників Токійського університету представила інноваційну систему цифрової лабораторії, яка знаменує собою зміну парадигми у проведенні досліджень у галузі матеріалознавства.
Система dLab, докладно описана у нещодавній публікації в журналі Digital Discovery, складається з фізично з'єднаних модульних експериментальних інструментів, що забезпечують повну автоматизацію — від синтезу матеріалів до комплексних вимірювань їхніх властивостей. Така інтеграція дозволяє дослідникам передати рутинні експериментальні завдання роботизованим системам, якими керують алгоритми машинного навчання.
«Ми продемонстрували, що система може автономно синтезувати тонкоплівковий матеріал, заданий дослідником», — пояснює професор Таро Хітосуґі з Вищої школи наук Токійського університету. Його команда успішно здійснила автономний синтез тонких плівок позитивного електрода для літій-іонних батарей і їхню структурну оцінку за допомогою вимірювань рентгенівських дифракційних спектрів.
Архітектура dLab складається з двох основних систем: одна інтегрує експериментальні інструменти для автоматизованого синтезу матеріалів і вимірювань, а інша відповідає за збір і аналіз даних. Кожен вимірювальний прилад виводить дані у стандартизованому XML-форматі під назвою MaiML (Measurement Analysis Instrument Markup Language), який у 2024 році був зареєстрований як японський промисловий стандарт завдяки співпраці Японської асоціації виробників аналітичних приладів і Міністерства економіки, торгівлі та промисловості Японії.
Ця стандартизація вирішує критичну проблему у дослідженнях матеріалів, запроваджуючи єдині формати для тримачів зразків і збору даних. «Сьогодні лабораторії — це не просто місця для розміщення експериментальних приладів, а справжні фабрики з виробництва матеріалів і даних, де експериментальне обладнання працює як єдина система», — зазначає професор Хітосуґі.
У майбутньому команда планує вдосконалити систему шляхом стандартизації програмного забезпечення для оркестрації та розкладу, щоб ефективніше керувати завданнями для кількох зразків. «Ми прагнемо цифровізувати середовище досліджень і розробок, виховувати дослідників, здатних використовувати ці технології, а також сприяти обміну й використанню даних», — говорить провідний автор Кадзунорі Нісіо, спеціально призначений доцент Інституту науки Токіо. «Таке середовище повністю розкриє творчий потенціал дослідників».