Исследователи разработали беспилотную лабораторию, которая сочетает в себе искусственный интеллект (ИИ) и робототехнику для автоматизации лабораторных задач: от точного измерения и смешивания химических ингредиентов до высокотемпературной обработки в печи и извлечения образцов.
Команда Центра передового опыта в области нанесения покрытий и обработки поверхностей (CE-CSE) Ноттингемского университета разработала систему, которая может способствовать открытию и оптимизации современных материалов для применения, включая аэрокосмическую, энергетическую и высокотемпературную технику.
Разработка новых материалов для экстремальных условий традиционно включает в себя повторяющиеся эксперименты: исследователи готовят образцы, обрабатывают их и проверяют их свойства. Эти процессы могут занять много времени и потребовать множества отдельных шагов.
Команда Ноттингема объединила эти задачи в скоординированную автоматизированную систему. Два роботизированных манипулятора, специально разработанный инструмент для дозирования жидкости, лабораторное оборудование и специально разработанное программное обеспечение работают вместе, чтобы выполнить этот процесс.
Лаборатория также руководствуется подходом на основе искусственного интеллекта, известным как «активное обучение». Этот подход использует информацию из предыдущих экспериментов, чтобы помочь определить, какие составы материалов стоит исследовать дальше. Используя этот метод, исследователи идентифицировали и подготовили несколько потенциальных материалов с определенной кристаллической структурой, известных как *пирохлор*, для исследования в качестве потенциальных материалов для термобарьерных покрытий.
Покрытия с термобарьером действуют как защитные тепловые экраны, уменьшая количество тепла, попадающего на расположенные ниже компоненты. Они важны в аэрокосмической отрасли, где детали двигателей подвергаются воздействию высоких температур и сложных условий эксплуатации. Открытие материалов с низкой теплопроводностью, то есть они хуже передают тепло, является важным шагом на пути к разработке более эффективных покрытий.
Хотя роботы все чаще используются в лабораториях для автоматизации повторяющихся задач, объединение химической подготовки, обработки проб и обработки в высокотемпературной печи в один надежный рабочий процесс представляет собой серьезные технические проблемы.
Исследовательская группа решила эти проблемы, объединив различные этапы в единую систему. Калибровочные эксперименты продемонстрировали точное дозирование жидкости с использованием различных жидкостей. Затем команда продемонстрировала, что лаборатория может автоматически готовить раствор прекурсора, передавать материал для обработки в печи, управлять контролируемым охлаждением и извлекать обработанный образец.
У беспилотных лабораторий есть потенциал изменить способы разработки передовых материалов. Ключевой задачей является обеспечение надежной работы лабораторных роботов на разных этапах эксперимента, особенно когда обработка жидкостей должна сочетаться с высокотемпературной обработкой. Наша работа решает важную часть этой проблемы и создает возможности для дальнейшей интеграции с интеллектуальным планированием и оптимизацией экспериментов.
Нашей целью было объединить лабораторные операции, которые часто выполняются отдельно, в один скоординированный роботизированный рабочий процесс. Объединив дозирование жидкостей, роботизированную обработку и высокотемпературную обработку, мы продемонстрировали, как сложная подготовка материалов может быть автоматизирована от начала до конца. Это обеспечивает важную основу для более автономных и воспроизводимых исследований материалов.
Исследование демонстрирует практический подход к интеграции робототехники, лабораторного оборудования и поиска материалов под управлением искусственного интеллекта. Уменьшая необходимость ручного вмешательства в повторяющиеся лабораторные операции, платформа может повысить согласованность экспериментов, поддержать воспроизводимые исследования и обеспечить основу для разработки материалов с более высокой производительностью.
Исследование опубликовано в журнале Engineering Applications of Artificial Intelligence.
Посмотреть видео, демонстрирующее работу роботизированной системы, можно здесь.
/ Публичный выпуск. Этот материал от исходной организации/автора(ов) может носить характер на определенный момент времени и отредактироваться для ясности, стиля и объема. Mirage.News не занимает институциональных позиций или сторон, и все взгляды, позиции и выводы, выраженные здесь, принадлежат исключительно автору(ам). Полный текст можно посмотреть здесь.
