Meet Rainbow: The Multi-Robot Lab Racing om de volgende kwantumstippen te ontdekken

Onderzoekers van de North Carolina State University hebben Rainbow onthuld, een eerste multi-robot zelfrijdend laboratorium in zijn vriendjes die autonoom kwantumstoten in de prestaties ontdekken-nanodeeltjes van de sensieholmuishof die kritisch zijn voor displays van de volgende generatie, zonnecellen, LED’s en kwantum-engineering-technologieën.

Door geavanceerde robotica te combineren met kunstmatige intelligentie, kan Rainbow tot 1.000 experimenten per dag uitvoeren en analyseren zonder menselijke tussenkomst, waardoor het tempo van de ontdekking van materialen drastisch wordt versneld. Het papier is gepubliceerd in het dagboek Natuurcommunicatie.

“Rainbow brengt meerdere robots samen die in concert werken om complexe chemie autonoom te verkennen en te optimaliseren met buitengewone efficiëntie”, zegt Milad Abolhasani, overeenkomstige auteur van een paper over het werk en Alcoa hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering in NC State.

“De robots van Rainbow bereiden automatisch chemische voorlopers voor, meng ze en voeren meerdere reacties uit parallel uit met behulp van geminiaturiseerde batchreactoren – tot 96 reacties tegelijk. Het systeem draagt ​​vervolgens automatisch alle reactieproducten over naar een karakterisatierobot, die de resultaten analyseert. Van start tot finish, elke stap wordt volledig geautomatiseerd en intelligent gecoördineerd en intelligent.”

Om Rainbow te gebruiken, beginnen gebruikers met het aanwijzen van een eigenschap van het doelmateriaal – zoals emissiegolflengte of bandgap. Gebruikers geven Rainbow ook een experimenteel “budget”, waardoor dit wordt geleverd hoeveel experimenten het moeten uitvoeren voordat het stopt.

Van daaruit voert Rainbow-ontwerpen, voert en analyseert elk experiment, met behulp van realtime optische karakterisering en machine learning om te beslissen wat je vervolgens wilt proberen in de zoektocht naar het ideale nanokristal. Met andere woorden, het zal autonoom bepalen welk kwantum dot -synthesecept het meest efficiënt zal omzetten in een energie -input in de gewenste energie -output.

“Rainbow slaapt niet; het werkt 24 uur per dag en presteert in dagen wat menselijke onderzoekers jaren zou kosten”, zegt Abolhasani. “Maar het is niet ontworpen om wetenschappers te vervangen; het is gebouwd om hen in staat te stellen om de saaie, tijdintensieve delen van ontdekking af te handelen, zodat ze zich kunnen concentreren op ontwerp en innovatie.”

Abolhasani is een leider in zelfrijdende laboratoriumtechnologieën, maar de robotelementen van Rainbow maken het een aanzienlijk afwijking van zijn eerdere werk. Door robots te gebruiken om experimenten in verschillende reactoren uit te voeren, stelt Rainbow onderzoekers in staat om experimenten uit te voeren met behulp van een breder scala aan voorloperchemie.

“Omdat we niet beperkt zijn tot een vaste set voorlopers, is er een breder scala aan potentiële resultaten in termen van waar de kwantumstip van de hoogste kwaliteit van zal worden gemaakt,” zegt Abolhasani. “Bovendien stelt Rainbow ons in staat om verschillende ligandstructuren op het oppervlak van deze nanokristallen te verkennen, die een sleutelrol kunnen spelen bij het beheersen van de eigenschappen van deze kwantumstippen.

“Met Rainbow hebben we een systeem gebouwd dat niet alleen de beste kwantumstippen sneller vindt dan ooit tevoren, het vertelt ons ook waarom ze werken,” zei Abolhasani. “Dat is de kracht van het combineren van robotica, AI en chemie in een enkel intelligent labplatform.”

En zodra Rainbow het beste recept heeft geïdentificeerd voor het produceren van een gewenste kwantumstip, kan het systeem vervolgens worden omgezet van het bedienen van kleinschalige batchreactoren voor onderzoeksdoeleinden om grootschalige reactoren voor productie te bedienen.

“Rainbow maakt het opschalen van een naadloze overgang”, zegt Abolhasani.