Smarte laboratorier til skræddersyet syntese af nanomaterialer dukker op

I begyndelsen af ​​det 20. århundrede tog udviklingen af ​​en katalysator til ammoniaksyntese ved Haber-Bosch-metoden mere end 10.000 eksperimenter, før det lykkedes. Udviklingen af ​​nye materialer er en tidskrævende og bekostelig proces fra design til kommercialisering.

Men i de senere år har forskere arbejdet på at forkorte udviklingsperioden ved at bruge kunstig intelligens (AI). Når det kombineres med robotter, er det muligt at udføre materialeudviklingsforskning 24 timer i døgnet, 365 dage om året uden menneskelig indgriben.

Dr. Sang Soo, Han og Dr. Donghun, Kim fra Computational Science Research Center og professor Kwan-Young Lee fra Department of Chemical Engineering and Biotechnology ved Korea University har udviklet en skræddersyet synteseplatform af nanomaterialer ved hjælp af AI og robotteknologi, kaldet Smart Lab.

Forskningen er publiceret i tidsskriftet Advanced Functional Materials .

Korea Institute of Science and Technology (KIST)-Korea University fælles forskerhold udviklede først en automatiseret enhed, der syntetiserer nanopartikler baseret på en robotarm og måler de optiske egenskaber af de syntetiserede nanopartikler. Ved at kombinere AI-teknologi med dette blev der udviklet et smart laboratorium til skræddersyet syntese af nanomaterialer, hvormed forskere let kan syntetisere nanomaterialer, der opfylder deres krav, blot ved at indtaste de ønskede materialeegenskaber.

AI-teknologien, der anvendes på Smart Lab-platformen, kombinerer en Bayesiansk optimeringsmetode med den tidlige stopteknologi for at øge effektiviteten af ​​materialeopdagelse med mere end 500 gange sammenlignet med simple automatiserede enheder.

Menneskelige eksperimenter er ofte vanskelige at opnå reproducerbare resultater, fordi resultaterne er meget følsomt afhængige af forskningsmiljøet og forskernes dygtighed; Det udviklede smarte laboratorium har dog den fordel, at det producerer ensartede data af høj kvalitet i store mængder.

Forskerne udviklede også en AI-teknologi til at sikre sikkerheden i smarte laboratorier. Selvom der ikke er nogen risiko for skader på forskere i ubemandede smarte laboratorier, er det svært at forhindre sikkerhedsulykker såsom funktionsfejl på grund af robotoverbelastning.

Forskerne udviklede en AI vision-teknologi (DenseSSD) til at opdage og forhindre sådanne sikkerhedsuheld på forhånd og installerede den i det smarte laboratorium. DenseSSD registrerer forskellige objekter i laboratoriet, herunder forskningsudstyr og materialer, og underretter brugere om eventuelle abnormiteter, så de kan træffe passende foranstaltninger.

"Den smarte laboratorieplatform, som muliggør materialeudvikling uden menneskelig indgriben, vil være et nyt F&U-paradigme, der kan løse problemet med faldende forskningsmandskab på grund af aldring," sagde Dr. Sang Soo, Han fra KIST.

"I fremtiden planlægger vi at inkorporere interaktive sprogmodeller såsom ChatGPT for at gøre det nemmere for ikke-eksperter at bruge det smarte laboratorium," sagde Dr. Donghun, Kim. Forskerholdet planlægger at udvide Smart Lab-platformen til forskellige materialeområder såsom katalysatorer, batterier og skærme.

Flere oplysninger: Hyuk Jun Yoo et al., Skræddersyet metal nanopartikelsyntese ved stuetemperatur og opdagelse af kemisk viden om nanopartikelvækst via autonome eksperimenter, Avancerede funktionelle materialer (2024). DOI:10.1002/adfm.202312561

Journaloplysninger: Avancerede funktionelle materialer

Leveret af National Research Council of Science and Technology