Stellen Sie sich ein Labor vor, in dem Roboter unermüdlich Experimente durchführen und Forschern die Möglichkeit geben, sich auf bahnbrechende Ideen zu konzentrieren. Diese Vision rückt nun dank eines neuen digitalen Labors, oder dLab, das von Forschern der Universität Tokio und ihren Mitarbeitern entwickelt wurde, näher an die Realität heran. Dieses innovative System automatisiert die Material-Synthese und Bewertung von Dünnschichtproben vollständig.
Das in Japan im Jahr 2024 vorgestellte dLab stellt einen bedeutenden Fortschritt in der daten- und robotergesteuerten Materialwissenschaft dar. Professor Taro Hitosugi von der Graduate School of Science der Universität Tokio erklärte: „Heutzutage sind Labore nicht mehr nur Orte, an denen experimentelle Instrumente untergebracht sind, sondern vielmehr Fabriken zur Herstellung von Materialien und Daten, in denen experimentelle Geräte als System arbeiten.“ Das System synthetisiert autonom Dünnschichtproben und misst deren Materialeigenschaften.
Das dLab besteht aus miteinander verbundenen Apparaturen für die Festkörperforschung. Roboter sammeln experimentelle Daten, einschließlich Syntheseprozesse und physikalische Eigenschaften. Dies umfasst Messungen von Oberflächenmikrostrukturen, Röntgenbeugungsmustern, Raman-Spektren, elektrischer Leitfähigkeit und optischer Transmission.
Das System integriert experimentelle Instrumente für die automatisierte Material-Synthese und Messungen. Die Daten werden in einem standardisierten XML-Format namens MaiML ausgegeben und in einer Cloud-basierten Datenbank gesammelt. Dies ermöglicht eine effiziente Datenanalyse und -nutzung.
Das Team demonstrierte die autonome Synthese von Lithium-Ionen-Positivelektroden-Dünnschichten und deren strukturelle Bewertung. Dies zeigt das Potenzial zur Beschleunigung der Entdeckung neuer Materialien für Batterien und andere Anwendungen. Die Forscher wollen das System durch die Standardisierung der Orchestrierungssoftware und der Planung verbessern.
Der mitarbeitende Forscher Kazunori Nishio betonte das Ziel: „Wir wollen die Forschungs- und Entwicklungsumgebung digitalisieren, Forscher fördern, die diese Technologien nutzen können, und den Datenaustausch und die Datennutzung erleichtern.“ Diese Umgebung wird die Kreativität der Forscher voll ausschöpfen.