Automatizált labor gyorsítja az anyagfejlesztést

Az E-MAP egy zárt rendszerből áll, amelyben robotikusan automatizált anyagkísérleteket végeznek védőgáz atmoszférában. (Kép: Holger Röhm, KIT)

Százával vizsgálják, értékelik és céltudatosan fejlesztik az anyagváltozatokat – ezt teszi lehetővé az új Energy Materials Acceleration Platform (E-MAP) a Karlsruhei Műszaki Egyetemen (KIT). Automatikus kísérleteket ötvöz precíz anyagjellemzéssel, ezáltal megalapozva az energiamateriálok gyorsabb fejlesztését.

Új funkcionális anyagok esetén gyakran sok anyagkombinációt kell tesztelni. A hagyományos kísérletek gyorsan elérik a határaikat, ha sok változatot kell összehasonlítani. Ezért az E-MAP az KIT-ben automatizálja a laborban a központi munkafolyamatokat. „A robotrendszerek többek között az anyagok előkészítését, mintákkal való bánásmódot, vékony rétegek lerakását és jellemzését végzik,” mondja Dr. Holger Röhm az KIT Fénytechnikai Intézetéből (LTI), amelyik a platformot felépítette. „Ezáltal magas precizitással és reprodukálhatósággal végezhetők el a kísérletek. Az E-MAP segítségével gyorsabban felismerhetjük, mely anyagösszetételek és gyártási feltételek különösen ígéretesek egy adott alkalmazás szempontjából.”

Moduláris felépítés és rugalmas bővíthetőség

Az E-MAP egy zárt rendszerbe van integrálva. Ez lehetővé teszi érzékeny anyagok kontrollált körülmények között történő feldolgozását is.

A platform oldható alapanyagokból vékony rétegeket állít elő. Egy mikrofluidikai rendszer automatizált módon gyárt és formuláz félvezető tintákat. A kutatók folyamatosan bővítik a berendezést további módszerekkel a vékony rétegek jellemzésére. „Az E-MAP egyik fő előnye a moduláris felépítése,” mondja Alexander Colsmann professzor az KIT LTI-ből. „Új kísérleteket és jellemző módszereket integrálhatunk, így a platformot különböző tudományos kérdésekhez igazíthatjuk. Kutatóintézetek és ipari partnerek saját módszereiket és eszközeiket is beépíthetik.”

Automatizált kísérletektől az MI-alapú anyagfejlesztésig

Az automatizálás révén nagy mennyiségű kísérleti adat keletkezik. A kutatók ezeket a jövőben mesterséges intelligencia módszereivel kívánják kiértékelni. Így virtuális szimulációkban az ígéretes anyagkombinációk már felismerhetők, és autonóm vagy félautonóm szűrőfolyamatokat irányíthatnak. Ehhez különböző automatizált kutatási platformokat integrálnak. „Ha a szintézist, feldolgozást, jellemzést és adatkiértékelést összekapcsoljuk, egy olyan kutatási folyamat alakul ki, amelyben egyre inkább adatvezérelt módon tervezzük és végezzük el a kísérleteket,” mondja Röhm.

Az E-MAP-ról

A Energy Materials Acceleration Platform (E-MAP) egy önvezető laboratórium (SDL), vagyis egy nagyrészt autonóm módon működő kutatási platform. Az ilyen SDL-k a német HighTech Agenda központi részei. Az E-MAP kiépítése 2023-ban kezdődött. A platform műszaki felszerelésére a KIT eddig körülbelül 600 000 eurót fordított. A Carl Zeiss Alapítvány támogatta a fejlesztést az elmúlt években a KeraSolar kutatási projekt keretében. Az E-MAP része a tervezett Helmholtz Accelerációs Szövetségnek (HELMA), amely autonóm kutatási platformokat köt össze a anyag- és élet tudományok területén több Helmholtz-központon keresztül.